RU2263760C1 - Centralizing device for centering additional casing pipe inside main casing pipe on the well - Google Patents

Abstract

FIELD: oil production equipment, particularly centralizing devices.

SUBSTANCE: centralizer device has cylindrical case of polyamide material having at least four ribs extending at 10-20° to longitudinal axis thereof so that channels are defined between the ribs. Inner diameter of cylindrical body exceeds outer diameter of casing pipe to be centered. Maximal diameter circle defined by ribs generator is less than inner diameter of main casing pipe. Direction of rib inclination is formed so that when liquid flows upwards towards direction of the pipes rotation during additional casing pipe spinning-up liquid flows may be deflected inside the channels.

EFFECT: decreased flow resistance inside the device.

2 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к оборудованию для добычи нефти и может быть использовано в нефтяной промышленности для центрирования дополнительной обсадной колонны внутри основной обсадной колонны скважины.The invention relates to equipment for oil production and can be used in the oil industry to center an additional casing string inside the main casing string of the well.

Известен центратор для насосных штанг, включающий корпус из полимерного материала цилиндрической формы с конусными концами и металлические ребра со скошенными концами (Патент РФ №2060350, кл. Е 21 В 17/10, опубл. 1996.05.20).Known centralizer for sucker rods, comprising a housing made of a cylindrical-shaped polymer material with conical ends and metal ribs with beveled ends (RF Patent No. 2060350, class E 21 B 17/10, publ. 1996.05.20).

Недостатком известного центратора является наличие металлических ребер, приводящих к повышенному износу колонны насосно-компрессорных труб. Кроме того, центратор не пригоден для центрирования обсадной колонны.A disadvantage of the known centralizer is the presence of metal ribs, leading to increased wear of the tubing string. In addition, the centralizer is not suitable for centering the casing.

Наиболее близким к предложенному изобретению по технической сущности является центратор для центрирования дополнительной обсадной колонны внутри основной обсадной колонны скважины, включающий цилиндрический корпус из полиамида с не менее чем 4 ребрами, каналами между ребрами, с внутренним диаметром цилиндрического корпуса большим, чем наружный диаметр центрируемой обсадной колонны, с диаметром образующей ребер меньшим, чем внутренний диаметр основной обсадной колонны (см. патент США №6435275).Closest to the proposed invention in technical essence is a centralizer for centering an additional casing string inside the main casing string of the well, including a cylindrical polyamide casing with at least 4 ribs, channels between the ribs, with an inner diameter of the cylindrical casing larger than the outer diameter of the centered casing , with a diameter of the generatrix of the ribs smaller than the inner diameter of the main casing (see US patent No. 6435275).

Известный центратор имеет ребра, расположенные под большими углами по отношению к образующей цилиндрического корпуса, что затрудняет прохождение жидкости вдоль обсадной колонны. Кроме того, направление наклона ребер не сориентировано относительно направления вращения труб при свинчивании дополнительной обсадной колонны, что может вызвать отворачивающий момент при монтаже обсадной колонны. Все это снижает качество размещения дополнительной обсадной колонны внутри основной обсадной колонны скважины.The known centralizer has ribs located at large angles with respect to the generatrix of the cylindrical body, which complicates the passage of fluid along the casing. In addition, the direction of inclination of the ribs is not oriented relative to the direction of rotation of the pipes when making up the additional casing string, which can cause a turning moment when mounting the casing string. All this reduces the quality of placement of the additional casing string inside the main casing string of the well.

В предложенном изобретении решается задача повышения качества размещения дополнительной обсадной колонны внутри основной обсадной колонны скважины за счет снижения сопротивления движению жидкости вдоль центратора и исключения момента отвинчивания частей обсадной колонны при монтаже.The proposed invention solves the problem of improving the quality of placement of the additional casing string inside the main casing string of the well by reducing the resistance to fluid movement along the centralizer and eliminating the moment of unscrewing parts of the casing string during installation.

Задача решается тем, что центратор для центрирования дополнительной обсадной колонны внутри основной обсадной колонны скважины, включающий цилиндрический корпус из полиамида с не менее чем 4 ребрами, каналами между ребрами, с внутренним диаметром цилиндрического корпуса большим, чем наружный диаметр центрируемой обсадной колонны, с диаметром образующей ребер меньшим, чем внутренний диаметр основной обсадной колонны, согласно изобретению имеет ребра, расположенные под углом 10-20° по отношению к образующей цилиндрического корпуса, а направление наклона ребер выполнено с возможностью отклонения потоков жидкости в каналах при протекании жидкости снизу вверх в направлении вращения труб при свинчивании дополнительной обсадной колонны.The problem is solved in that the centralizer for centering the additional casing string inside the main casing string of the well, comprising a cylindrical body made of polyamide with at least 4 ribs, channels between the ribs, with an inner diameter of the cylindrical body larger than the outer diameter of the centered casing string, with the diameter of the generatrix the ribs smaller than the inner diameter of the main casing string, according to the invention has ribs located at an angle of 10-20 ° with respect to the generatrix of the cylindrical body, and The pressure of inclination of ribs is adapted to the deviation of fluid flow in the channels when the liquid flows from bottom to top in the direction of rotation when screwing pipes secondary casing.

Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION

При износе основной обсадной колонны скважины, например вследствие коррозии, возникает необходимость ее дублирования. Для этого в скважину спускают дополнительную обсадную колонну меньшего диаметра внутри основной обсадной колонны скважины. Одной из проблем, возникающих при спуске дополнительной обсадной колонны в скважину с последующим цементированием межколонного пространства, является неравномерное заполнение цемента в межколонном пространстве. Причиной этому служит эксцентричное прилегание дополнительной обсадной колонны к основной обсадной колонне на участках с сильной кривизной ствола скважины. На таких участках цемент либо полностью отсутствует, либо плохого качества, что в последующей эксплуатации может привести к появлению нарушений герметичности дополнительной обсадной колонны. Для улучшения центрирования дополнительной обсадной колонны и, следовательно, повышения качества цементирования межколонного пространства предлагается производить спуск дополнительной обсадной колонны с установлением на них центраторов, изготовленных из полиамида. Центраторы из полиамида, в отличие от аналогичных металлических центраторов, при спуске дополнительной обсадной колонны в скважину не оказывают негативного разрушающего воздействия на основную и дополнительную обсадные колонны. Полиамид, как материал с низким коэффициентом трения, облегчает спуск дополнительной обсадной колонны в скважину за счет снижения сопротивления при трении центратора об основную обсадную колонну. Кроме того, за счет низкого коэффициента трения центратор вращается на трубе дополнительной обсадной колонны и перемещается в пределах одной трубы от нижней до верхней муфты. За счет низкого коэффициента трения практически исключаются усилия отворота при контакте центратора с муфтой и трубой дополнительной обсадной колонны.When the main casing of the well is worn, for example due to corrosion, it becomes necessary to duplicate it. For this, an additional casing of smaller diameter is lowered into the well inside the main casing of the well. One of the problems that arise when lowering an additional casing string into a well, followed by cementing the annulus, is the uneven filling of the cement in the annulus. The reason for this is the eccentric fit of the additional casing to the main casing in areas with strong curvature of the wellbore. In such areas, cement is either completely absent or of poor quality, which in subsequent operation can lead to leakages in the additional casing string. To improve the centering of the additional casing string and, consequently, to improve the quality of cementing the annular space, it is proposed to run the additional casing string with the installation of centralizers made of polyamide on them. Polyamide centralizers, unlike similar metal centralizers, when lowering an additional casing string into a well, do not have a negative destructive effect on the primary and secondary casing strings. Polyamide, as a material with a low coefficient of friction, facilitates the descent of an additional casing string into the well by reducing the resistance when the centralizer is rubbed against the main casing string. In addition, due to the low coefficient of friction, the centralizer rotates on the pipe of the additional casing string and moves within the same pipe from the lower to the upper coupling. Due to the low coefficient of friction, flap forces are practically eliminated when the centralizer contacts the coupling and the additional casing pipe.

Центратор включает цилиндрический корпус из полиамида с не менее чем 4 ребрами. Количество ребер, равное 4, является оптимальным с точки зрения качества центрирования, наличия каналов между ребрами для прохождения жидкости, в том числе и цементного раствора. Ребра расположены под углом 10-20° по отношению к образующей цилиндрического корпуса. Такое расположение ребер в минимальной степени препятствует прохождению цементного раствора по каналам между ребрами. В то же время расположение ребер под таким углом и направление наклона ребер приводит к отклонению потоков жидкости в каналах при протекании жидкости снизу вверх в направлении вращения труб при свинчивании дополнительной обсадной колонны. Таким образом, после спуска дополнительной обсадной колонны в скважину и заполнении цементным раствором межколонного пространства циркуляцией цементного раствора по дополнительной обсадной колонне и по межколонному пространству за счет отклонения потоков жидкости в каналах центратора возникает более полное заполнение межколонного пространства цементом. Качество цементирования повышается.The centralizer includes a cylindrical body made of polyamide with at least 4 ribs. The number of ribs equal to 4 is optimal from the point of view of centering quality, the presence of channels between the ribs for the passage of fluid, including cement mortar. The ribs are located at an angle of 10-20 ° with respect to the generatrix of the cylindrical body. This arrangement of the ribs minimally prevents the passage of cement mortar through the channels between the ribs. At the same time, the location of the ribs at such an angle and the direction of inclination of the ribs leads to a deviation of fluid flows in the channels when the fluid flows from the bottom up in the direction of rotation of the pipes when making up the additional casing. Thus, after the additional casing is lowered into the well and the cement mortar is filled with annular space by circulation of the cement along the additional casing and annular space due to deviation of fluid flows in the centralizer channels, a more complete filling of the annular space with cement occurs. The quality of cementing is improved.

Для облегчения монтажа центратора на трубе дополнительной обсадной колонны и для обеспечения возможности перемещения и вращения центратора внутренний диаметр цилиндрического корпуса центратора выполнен большим, чем наружный диаметр центрируемой дополнительной обсадной колонны, а максимальный диаметр образующей ребер центратора выполнен меньшим, чем внутренний диаметр основной обсадной колонны. Центраторы легко устанавливаются на дополнительную обсадную колонну.To facilitate the installation of the centralizer on the additional casing string pipe and to enable the centralizer to move and rotate, the inner diameter of the centralizer cylindrical body is made larger than the external diameter of the centered additional casing string to be centered, and the maximum diameter of the centralizer forming ribs is made smaller than the internal diameter of the main casing string. Centralizers are easily installed on an additional casing.

На фиг.1 представлен общий вид центратора с частичным разрезом, на фиг.2 - вид сверху центратора.Figure 1 presents a General view of the centralizer with a partial cut, figure 2 is a top view of the centralizer.

Центратор состоит из цилиндрического корпуса 1 из полиамида с ребрами 2, расположенными под углом α=10-20° по отношению к образующей цилиндрического корпуса, и каналами 3 между ними. Внутренний диаметр 4 цилиндрического корпуса 1 центратора выполнен большим, чем наружный диаметр центрируемой обсадной колонны (не показана), что обеспечивается допуском выполнения диметра 4 «+» (плюс). Т.е. диаметр 4 получается несколько большим, чем номинальный размер. Максимальный диаметр 5 образующей ребер 2 центратора выполнен меньшим, чем внутренний диаметр основной обсадной колонны (не показана), что обеспечивается допуском выполнения диметра 5 «-» (минус). Т.е. диаметр 5 получается несколько меньшим, чем номинальный размер. Направление наклона ребер 2 выполнено с возможностью отклонения потоков жидкости в каналах 3 при протекании жидкости снизу вверх в направлении вращения труб при свинчивании дополнительной обсадной колонны. На фиг 2 ребра 2 наклонены влево. Таким образом и отклонение потока жидкости имеет место влево. Ребра 2 имеют на рабочей поверхности прямой участок 6 и закругленный участок 7. Посредством закругленного участка 7 выполняется сопряжение прямого участка 6 и наружного диаметра 8 корпуса 1.The centralizer consists of a cylindrical body 1 made of polyamide with ribs 2 located at an angle α = 10-20 ° with respect to the generatrix of the cylindrical body, and channels 3 between them. The inner diameter 4 of the cylindrical body 1 of the centralizer is made larger than the outer diameter of the centered casing (not shown), which is ensured by the tolerance of the diameter 4 "+" (plus). Those. diameter 4 is slightly larger than the nominal size. The maximum diameter 5 of the generatrix of the ribs 2 of the centralizer is made smaller than the inner diameter of the main casing (not shown), which is ensured by the tolerance of the diameter 5 "-" (minus). Those. diameter 5 is slightly smaller than the nominal size. The direction of inclination of the ribs 2 is made with the possibility of deviation of fluid flows in the channels 3 when the fluid flows from the bottom up in the direction of rotation of the pipes when making up the additional casing. In FIG. 2, the ribs 2 are tilted to the left. Thus, the deviation of the fluid flow takes place to the left. The ribs 2 have on the working surface a straight section 6 and a rounded section 7. By means of the rounded section 7, the straight section 6 and the outer diameter 8 of the housing 1 are mated.

Центратор насаживают на трубу центрируемой обсадной колонны между муфтами. В пределах трубы между муфтами центратор имеет возможность перемещаться в продольном направлении и проворачиваться. Возможность перемещения и проворота центратора облегчает спуск дополнительной обсадной колонны в скважину.The centralizer is mounted on a centered casing pipe between the couplings. Within the pipe between the couplings, the centralizer has the ability to move in the longitudinal direction and rotate. The ability to move and rotate the centralizer facilitates the descent of an additional casing string into the well.

Пример конкретного выполненияConcrete example

Центратор для центрирования дополнительной обсадной колонны внутри основной обсадной колонны скважины выполнен из полиамида марки «КС» (стеклонаполненный) и имеет следующие размеры: внутренний диаметр 4 равен 103^+0,87 мм, максимальный диаметр 6 образующей ребер 2 равен 130^-0,4 мм, наружный диаметр 8 корпуса 1 равен 118 мм, высота корпуса 1 равна 70 мм, угол α=15°. Центратор имеет четыре ребра 2 толщиной 20 мм. Наклон ребер влево согласно фиг.1 и 2. Центратор предназначен для центрирования дополнительной обсадной колонны с наружным диаметром 103 мм внутри основной обсадной колонны с внутренним диаметром 130 мм. Центратором снабжают каждую трубу дополнительной обсадной колонны (в интервалах сильного коррозионного износа, нарушений колонны и интервалах перфорации - достаточно устанавливать и через одну трубу). Собираемую на устье скважины дополнительную обсадную колонну спускают внутри основной обсадной колонны. После размещения дополнительной обсадной колонны внутри основной обсадной колонны заполняют цементным раствором межколонное пространство циркуляцией цементного раствора по дополнительной обсадной колонне и по межколонному пространству.The centralizer for centering the additional casing string inside the main casing string of the well is made of KS polyamide (glass-filled) and has the following dimensions: inner diameter 4 is 103 ^{+ 0.87} mm, maximum diameter 6 of forming ribs 2 is 130 ^-0.4 mm , the outer diameter 8 of the housing 1 is 118 mm, the height of the housing 1 is 70 mm, the angle α = 15 °. The centralizer has four ribs 2 with a thickness of 20 mm. The inclination of the ribs to the left according to figures 1 and 2. The centralizer is designed to center an additional casing string with an outer diameter of 103 mm inside the main casing string with an inner diameter of 130 mm. Each pipe of an additional casing string is equipped with a centralizer (in the intervals of severe corrosion wear, column damage and perforation intervals, it is sufficient to install it through one pipe as well). The additional casing string collected at the wellhead is lowered inside the main casing string. After placing an additional casing string inside the main casing string, fill the annular space with cement mortar by circulating the cement along the additional casing and annular space.

Испытания скважины показали, что цементный камень выполнен в заколонном пространстве от забоя до устья скважины. Каверны, несплошности цементного камня отсутствуют, что свидетельствует об удовлетворительном центрировании дополнительной обсадной колонны внутри основной обсадной колонны скважины.Well tests showed that the cement stone was made in the annulus from the bottom to the wellhead. There are no caverns, cement stone discontinuities, which indicates satisfactory centering of the additional casing string inside the main casing string of the well.

Применение предложенного центратора позволит повысить качество размещения дополнительной обсадной колонны внутри основной обсадной колонны скважины.The application of the proposed centralizer will improve the quality of placement of the additional casing string inside the main casing string of the well.

Claims (1)

Центратор для центрирования дополнительной обсадной колонны внутри основной обсадной колонны скважины, включающий цилиндрический корпус из полиамида с не менее чем 4 ребрами, каналами между ребрами, с внутренним диаметром цилиндрического корпуса большим, чем наружный диаметр центрируемой обсадной колонны, с диаметром образующей ребер меньшим, чем внутренний диаметр основной обсадной колонны, отличающийся тем, что ребра расположены под углом 10-20° по отношению к образующей цилиндрического корпуса, а направление наклона ребер выполнено с возможностью отклонения потоков жидкости в каналах при протекании жидкости снизу вверх в направлении вращения труб при свинчивании дополнительной обсадной колонны.Centralizer for centering an additional casing string inside the main casing string of the well, including a polyamide cylindrical casing with at least 4 ribs, channels between the ribs, with an inner diameter of the cylindrical casing greater than the outer diameter of the centered casing, with the diameter of the forming ribs smaller than the inner the diameter of the main casing string, characterized in that the ribs are located at an angle of 10-20 ° with respect to the generatrix of the cylindrical body, and the direction of inclination of the ribs is made with the possibility of deviation of fluid flows in the channels when the fluid flows from the bottom up in the direction of rotation of the pipes when making additional casing.

Images