RU164340U1

RU164340U1 - CENTERING DEVICE

Info

Publication number: RU164340U1
Application number: RU2015146292/03U
Authority: RU
Inventors: Лилия Булатовна Хузина; Регина Илгизаровна Фазлыева; Булат Айратович Хузин; Виталий Волдемарович Греб
Original assignee: Лилия Булатовна Хузина; Регина Илгизаровна Фазлыева; Булат Айратович Хузин
Priority date: 2015-10-27
Filing date: 2015-10-27
Publication date: 2016-08-27

Abstract

Центрирующее устройство, включающее корпус с концевыми частями в виде колец и спиральными ребрами для их соединения, равномерно расположенными по окружности колец, при этом спиральные ребра выполнены с возможностью создания в затрубном пространстве сложного турбулентного течения потока, а запрессованные в спиральных ребрах тела качения в виде подвижных шариков изготовлены с возможностью вращения в пространстве, отличающееся тем, что тела качения в виде подвижных шариков изготовлены из полимерного материала с возможностью повышения износостойкости, а в случае разрушения к легкому разбуриванию, причем на спиральных ребрах по сторонам от каждого подвижного полимерного шарика установлены зубки из твердосплавных материалов с возможностью обеспечения дополнительной защиты центрирующего устройства от износа.A centering device, comprising a housing with end parts in the form of rings and spiral ribs for their connection, evenly spaced around the circumference of the rings, while the spiral ribs are made with the possibility of creating a complex turbulent flow in the annulus, and rolling elements pressed into spiral ribs in the form of movable balls made with the possibility of rotation in space, characterized in that the rolling bodies in the form of moving balls are made of a polymeric material with the possibility of increasing znosostoykosti, and in the event of breakage to easy drilling, the spiral ribs on the sides of each movable polymeric bead set teeth made of hard materials with the ability to provide additional protection against wear of the centering device.

Description

Полезная модель относится к нефтегазодобывающей промышленности, конкретно к буровой технике, а именно к устройствам, входящим в оснастку бурильных и обсадных колонн, обеспечивающим центровку бурильного инструмента и обсадной колонны относительно оси скважины и турбулизацию потока промывочной жидкости. Может быть использовано в любых компоновках бурильных колонн при бурении любым известным способом.The utility model relates to the oil and gas industry, specifically to drilling equipment, and in particular to devices included in the rigging of drill and casing strings, which ensure that the drilling tool and casing are centered relative to the axis of the well and turbulence of the flushing fluid flow. It can be used in any drill string assembly when drilling in any known manner.

Предпосылки для создания полезной модели.Prerequisites for creating a utility model.

Анализ существующего уровня техники в данной области показал следующее.Analysis of the current level of technology in this field showed the following.

Для центрирования нижней части бурильной колонны и забойного двигателя, стабилизации или изменения направления ствола скважины предназначены различного типа опорно-центрирующие инструменты и устройства-центраторы. При спуске и цементировании обсадных колонн в скважине применение центраторов способствует образованию более равномерного цементного кольца вокруг колонны.For centering the bottom of the drill string and downhole motor, stabilizing or changing the direction of the wellbore, various types of support-centering tools and centralizer devices are designed. When running and cementing casing strings in the well, the use of centralizers promotes the formation of a more uniform cement ring around the string.

Известен «Центратор-турбулизатор шаровой» (патент RU №2255198, Ε21В 17/10, опубл. 27.06.2005 г.). Он имеет корпус, представляющий собой цилиндрическую втулку. Снаружи корпуса установлены три лопасти, расположенные симметрично, через 120°, относительно центральной оси и являющиеся опорами устройства, обеспечивая центровку бурильной колонны. Каждая лопасть выполнена переменной по ширине с увеличением к концевой части, в которую впрессовано тело качения в виде резинового шара.The well-known "Centralizer-turbulizer ball" (patent RU No. 225198, Ε21В 17/10, publ. 06/27/2005). It has a housing that is a cylindrical sleeve. Outside the casing, three blades are installed, located symmetrically, through 120 °, relative to the central axis and which are the device supports, providing centering of the drill string. Each blade is made variable in width with an increase to the end part, into which the rolling body is pressed into a rubber ball.

Недостатком данного центратора является быстрый износ резинового элемента.The disadvantage of this centralizer is the rapid wear of the rubber element.

Известен центратор турбулизатор шариковый ЦТШ, разработанный краснодарским заводом «Нефтемаш» (www.remoil.ru), включающий корпус и центрирующие шарики (копия прилагается). Предназначен для снижения механического трения, закручивания вокруг обсадной колонны и турбулизации потока жидкости в затрубном пространстве, а также центрирования колонны в скважине.A well-known centralizer is a ball turbulator TSTSh, developed by the Krasnodar refinery Neftemash (www.remoil.ru), which includes a housing and centering balls (a copy is attached). Designed to reduce mechanical friction, twist around the casing and turbulize the fluid flow in the annulus, as well as centering the string in the well.

Недостатком данного центратора является большая металлоемкость.The disadvantage of this centralizer is the large metal consumption.

Прототипом предлагаемого центрирующего устройства является «Скользящий центратор» (патент на полезную модель RU №127805, Ε21В 17/10, опубл. 10.05.2013 г.), включающий корпус с концевыми частями в виде центрирующих колец, соединенных между собой ребрами. При этом подвижные металлические шарики в центрирующих кольцах перекатываются по стенкам скважины, обеспечивая надежное центрирование и стабилизацию бурильной колонны в скважине.The prototype of the proposed centering device is a "sliding centralizer" (utility model patent RU No. 127805, Ε21В 17/10, publ. 05/10/2013), including a housing with end parts in the form of centering rings interconnected by ribs. In this case, movable metal balls in the centering rings roll along the walls of the borehole, ensuring reliable centering and stabilization of the drill string in the borehole.

Однако конструкция скользящего центратора усложнена большим количеством элементов, которые, в случае разрушения центратора, могут усложнить процесс бурения (в том числе подвижные металлические шарики).However, the design of the sliding centralizer is complicated by a large number of elements, which, if the centralizer is destroyed, can complicate the drilling process (including moving metal balls).

Таким образом, перечисленные известные центраторы не универсальны, не обеспечивают удобство обращения и легкость установки на бурильную колонну, не все из них можно применять при спуске обсадных колонн, так как их конструкция не предназначена для этого, а самое главное при их использовании велика площадь контакта центратора со стенками скважины, что ведет к возникновению сил трения при спуске бурильной колонны.Thus, the listed well-known centralizers are not universal, do not provide easy handling and ease of installation on the drill string, not all of them can be used when lowering the casing, since their design is not designed for this, and most importantly, when using them, the centralizer contact area is large with the walls of the borehole, which leads to the occurrence of friction forces when lowering the drill string.

Задачей данной полезной модели является создание универсальной конструкции центрирующего устройства, лишенного перечисленных недостатков, присущих аналогам и прототипу, позволяющего применять его как в составе бурильной, так и обсадной колонны, в том числе в наклонно-направленных скважинах и в скважинах с горизонтальными участками с большими зенитными углами.The objective of this utility model is to create a universal design of a centering device devoid of the listed disadvantages inherent in analogs and a prototype, which allows it to be used both in a drill and casing string, including in directional wells and in wells with horizontal sections with large anti-aircraft corners.

Поставленная задача решается созданием универсального центрирующего устройства для бурильной и обсадной колонны, включающего корпус с концевыми частями в виде колец и спиральными ребрами, которые соединяют эти кольца и равномерно расположены по их окружности, при этом спиральные ребра выполнены с возможностью создания в затрубном пространстве сложного турбулентного течения потока промывочной жидкости, а запрессованные в спиральных ребрах тела качения в виде подвижных шариков изготовлены с возможностью вращения в пространстве.The problem is solved by creating a universal centering device for the drill and casing, including a housing with end parts in the form of rings and spiral ribs that connect these rings and are evenly spaced around their circumference, while spiral ribs are made with the possibility of creating a complex turbulent flow in the annulus flow of washing liquid, and rolling elements pressed into spiral ribs in the form of moving balls are made with the possibility of rotation in space.

Новым является то, что в спиральных ребрах устанавливаются тела качения в виде подвижных шариков из полимерного материала, что делает их стойкими к износу, а в случае разрушения к легкому разбуриванию.New is the fact that in the spiral ribs are installed rolling elements in the form of moving balls of polymer material, which makes them resistant to wear, and in case of failure to easy drilling.

Новым является также то, что на спиральных ребрах по сторонам от каждого подвижного полимерного шарика устанавливаются зубки из твердосплавных материалов, что является дополнительной защитой центрирующего устройства от износа.New is also the fact that on the spiral ribs on the sides of each movable polymer ball mounted teeth made of carbide materials, which is an additional protection of the centering device from wear.

Предлагаемая полезная модель поясняется чертежами (на фиг. 1 и фиг. 2), на которых представлены общий вид центрирующего устройства и вид сверху.The proposed utility model is illustrated by drawings (in Fig. 1 and Fig. 2), which shows a General view of the centering device and a top view.

Центрирующее устройство содержит корпус с концевыми частями в виде колец 1 верхнего и нижнего, спиральные ребра 2, и установленные в них подвижные полимерные шарики 3, а по сторонам от каждого подвижного полимерного шарика 3 закреплены зубки из твердосплавных материалов 4.The centering device comprises a housing with end parts in the form of rings 1 of the upper and lower, spiral ribs 2, and movable polymer balls 3 installed in them, and teeth from carbide materials 4 are fixed on the sides of each movable polymer ball 3.

Центрирующее устройство (на фиг. 1 и фиг. 2) представляет собой корпус с концевыми частями в виде колец 1 верхнего и нижнего, соединенных между собой спиральными ребрами 2, равномерно расположенными по окружности колец 1. В спиральных ребрах 2 устанавливаются тела качения в виде подвижных полимерных шариков 3. Подвижные полимерные шарики 3 установлены таким образом, что площадь контакта со стенками скважины (на фиг. не показано) сокращается до точки. Точечное соприкосновение подвижных полимерных шариков 3 со стенками скважины уменьшает усилие трения при спуске бурильной или обсадной колонны (на фиг. не показано), обеспечивая ее плавное перемещение.The centering device (in Fig. 1 and Fig. 2) is a housing with end parts in the form of rings 1 of the upper and lower, interconnected by spiral ribs 2, evenly spaced around the circumference of the rings 1. In the spiral ribs 2 are installed rolling elements in the form of movable polymer balls 3. Movable polymer balls 3 are installed so that the contact area with the walls of the well (not shown in Fig.) is reduced to a point. The point contact of the moving polymer balls 3 with the walls of the borehole reduces the friction force during the descent of the drill or casing (not shown in Fig.), Ensuring its smooth movement.

Спиральные ребра 2 обеспечивают турбулизацию потока промывочной жидкости или тампонажного раствора, что способствует более качественному процессу бурения и цементирования скважины. Целесообразно кольца 1 соединять со спиральными ребрами 2 методом сварки.Spiral ribs 2 provide turbulization of the flow of drilling fluid or grout, which contributes to a better process of drilling and cementing the well. It is advisable to connect the rings 1 to the spiral ribs 2 by welding.

А установка на спиральных ребрах 2 по сторонам от подвижных полимерных шариков 3 зубков из твердосплавных материалов 4, позволяет защитить подвижные полимерные шарики 3 от преждевременного износа.And the installation on spiral ribs 2 on the sides of the movable polymer balls 3 teeth made of carbide materials 4, allows you to protect the movable polymer balls 3 from premature wear.

Центрирующее устройство работает следующим образом.The centering device operates as follows.

На поверхности центрирующее устройство одевается на трубу бурильной или обсадной колонны, закрепляется стопорными кольцами, желательно центрирующее устройство устанавливать на каждой трубе. Собранная компоновка спускается в скважину, где в процессе бурения центрирующее устройство вместе с бурильной колонной совершает вращательное и поступательное движения относительно ствола скважины. При этом подвижные полимерные шарики 3 в спиральных ребрах 2 перекатываются по стенкам скважины, обеспечивая надежное центрирование и стабилизацию бурильной или обсадной колонны в скважине. Выполнение ребер 2 спиральными обеспечивает турбулизацию потока промывочной жидкости и, следовательно, более полный вынос шлама, а при промывке скважины позволяет не образовывать застойных зон в затрубном пространстве и не размывать стенки скважины. Зубки из твердосплавных материалов 4 являются дополнительной защитой подвижных полимерных шариков 3 от преждевременного абразивного износа.On the surface, the centering device is put on the drill pipe or casing string, secured with retaining rings, it is desirable to install the centering device on each pipe. The assembled assembly is lowered into the well, where, during the drilling process, the centering device together with the drill string rotates and translates relative to the wellbore. In this case, the movable polymer balls 3 in the spiral ribs 2 are rolled along the walls of the borehole, ensuring reliable centering and stabilization of the drill or casing string in the borehole. The implementation of the spiral ribs 2 provides a turbulization of the flow of washing fluid and, therefore, a more complete removal of sludge, and when washing the well, it allows not to form stagnant zones in the annulus and not to erode the walls of the well. Teeth made of carbide materials 4 are an additional protection for movable polymer balls 3 from premature abrasion.

При включении центрирующего устройства в состав оснастки обсадной колонны, облегчается спуск колонны в скважину, и за счет турбулизации потока жидкости спиральными ребрами 2 центрирующего устройства обеспечивается более полное замещение бурового раствора тампонажным и улучшение гидравлических показателей промывки скважины.When the centering device is included in the equipment of the casing string, the descent of the string into the well is facilitated, and due to the turbulence of the fluid flow by the spiral ribs 2 of the centering device, more complete replacement of the drilling fluid with grouting and improvement of the hydraulic parameters of well flushing are ensured.

Учитывая, что площадь соприкосновения подвижных полимерных шариков 3 центрирующего устройства со стенками скважины сокращается до точки, значительно уменьшаются силы трения при спуске бурильной или обсадной колонны при минимальном гидравлическом сопротивлении, тем самым достигается упрощение спускоподъемных операций и снижение прихватоопасности в стволе скважины.Given that the contact area of the moving polymer balls 3 of the centering device with the borehole walls is reduced to a point, the friction forces are significantly reduced when lowering the drill or casing string with minimal hydraulic resistance, thereby simplifying tripping operations and reducing the sticking hazard in the borehole.

В связи с тем, что подвижные полимерные шарики предполагается изготавливать из полимерного низкофрикционного материала, это сделает центрирующее устройство стойким к износу, так как подвижные полимерные шарики не будут деформироваться как большинство металлических изделий. Подвижные полимерные шарики будут изготовлены методом прессовки полимера в процессе инжекции под высоким давлением. Свойства полимера помогут снизить коэффициент трения и позволят при необходимости извлекать компоновку из наклонно-направленных скважин, а также из скважин с горизонтальными участками с большими зенитными углами. Значительно снизятся трение и эффект дифференциального прихвата компоновки, улучшится проходимость центрирующего устройства в скважине, а после бурения скважины центрирующее устройство можно будет поднять и использовать в следующей компоновке для бурения следующей скважины.Due to the fact that mobile polymer balls are supposed to be made of polymer low friction material, this will make the centering device resistant to wear, since mobile polymer balls will not deform like most metal products. Movable polymer balls will be made by pressing the polymer during injection under high pressure. The properties of the polymer will help to reduce the coefficient of friction and, if necessary, will allow to extract the layout from directional wells, as well as from wells with horizontal sections with large zenith angles. The friction and the differential sticking effect of the arrangement will be significantly reduced, patency of the centering device in the well will improve, and after drilling the centering device can be raised and used in the next layout for drilling the next well.

Выполнение центрирующего устройства такой конструкции позволяет обеспечить низкий коэффициент трения колонны со стенками скважины или обсадной колонны, высокую прочность центрирующего устройства, термоустойчивость, высокую стойкость на сжатие. В случае потери подвижных полимерных шариков, исключается аварийность, в виду того, что материал из которого они изготовлены позволяет легко их разбурить.The implementation of the centering device of this design allows you to provide a low coefficient of friction of the column with the walls of the borehole or casing, high strength centering device, thermal stability, high resistance to compression. In case of loss of moving polymer balls, accident rate is excluded, since the material from which they are made makes it easy to drill.

А установка на спиральных ребрах по сторонам от подвижных полимерных шариков зубков из твердосплавных материалов позволяет защитить подвижные полимерные шарики от преждевременного износа.And the installation on the spiral ribs on the sides of the movable polymer balls of teeth made of carbide materials allows you to protect the moving polymer balls from premature wear.

Предлагаемое центрирующее устройство имеет простую конструкцию и позволяет значительно уменьшить силы трения о стенки скважины и увеличения стойкости к износу за счет зубков из твердосплавных материалов и тел качения, т.е. подвижных полимерных шариков путем уменьшения контакта центрирующего устройства со стенками скважины.The proposed centering device has a simple design and can significantly reduce the friction forces against the well walls and increase wear resistance due to teeth made of carbide materials and rolling elements, i.e. moving polymer balls by reducing the contact of the centering device with the walls of the well.

Центрирующее устройство имеет оптимальную металлоемкость, долговечность и высокую эффективность работы в скважинах, так как качественное центрирование бурильной и обсадной колонны исключает прилегание к стенкам скважины и уменьшает силы трения при спуске в скважину, а турбулизация потока способствует осуществлению качественной промывки скважины, улучшает вынос шлама с забоя и соответственно улучшает технико-экономические показатели бурения, в том числе в наклонно-направленных скважинах и в скважинах с горизонтальными участками с большими зенитными углами.The centering device has optimal metal consumption, durability and high work efficiency in the wells, since high-quality centering of the drill string and casing prevents it from adhering to the walls of the well and reduces friction forces when lowering into the well, and turbulence in the flow helps to ensure good flushing of the well, improves the removal of cuttings from the bottom and accordingly improves the technical and economic performance of drilling, including in directional wells and in wells with horizontal sections with b large zenith angles.

Claims

A centering device, comprising a housing with end parts in the form of rings and spiral ribs for their connection, evenly spaced around the circumference of the rings, while the spiral ribs are made with the possibility of creating a complex turbulent flow in the annulus, and rolling elements pressed into spiral ribs in the form of movable balls made with the possibility of rotation in space, characterized in that the rolling bodies in the form of movable balls are made of a polymer material with the possibility of increasing znosostoykosti, and in the event of breakage to easy drilling, the spiral ribs on the sides of each movable polymeric bead set teeth made of hard materials to provide a centering device additional protection against wear.