Турбулизатор для обсадной колонны

)5 Е 21 ельский буровым ого объСаса 1 оц. по крепжин.- М,: Й КОоздани ри цем турбули- нтированастке оби креплекважин, и булизации странстве лонн,тройства данног конструктивного назначе- исполнебулизатор вно, трудоадежн ость адежн ости в (центраапример,ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ РИ ГКНТ СССР(71) Всесоюзный научно-исследоватинститут по креплению скважин ирастворам Научно-производственнединения "Бурение"(56) Оепега зегч 1 сез апс ргосцс 1 зИ/еайег 1 огб, 1990-91, с,39-43,Булатов А,И, и др. Справочниклению нефтяных и газовых скваНедра, изд. 2-е, 1981, с.121 - 122.Авторское свидетельство СССРЬ 1712587, кл. Е 21 В 33/14, 1989.(54) ТУРБУЛИЗАТОР ДЛЯ ОБСАДНЛОННЫ(57) Использование: для с язации потока жидкости и е Изобретение относится к ос садных колонн, применяемых пр нии нефтяных, газовых и др. с предназначено для создания тур потока жидкости в затрубном про при цементировании обсадных ко Известны усния различногония.Совмещенный центратор-турметаллоемок, сложен конструктиемок в изготовлении и сборке. Нработы устройства зависит от нкаждого из функциональных узлтор, турбулизатор). Поломка,2нии. Обеспечивает повышение качества цементирования обсадных колон в наклонных скважинах за счет усиления эффекта турбулизации потока цементного раствора, а также возможности вращения и расхаживания обсадных колонн. Сущность изобретения; устройство включает корпус, а на нем под различными углами к его оси закреплень упругие ребра. В продольном сечении они выполнены в виде элементов трапецеидальной формы. Большее основаниеупругого ребра определяют из соотношения О - ( /211,33 (О - (/2); меньшее основаниеупругого ребра определяют из соотношения 10,67 (Р - с/2), где 0 - диаметр скважины, мм; ( - диаметр осадной колонны, мм. Большие основания упругих ребер чередуются с их меньшими основаниями, 4 ил,центрирующей планки приведет к поломке турбулизирующих элементов.Следовательно, устройство не будет выполнять своего назначения и создаст сложную ситуацию в скважине (особенно наклонно-направленной или горизонтальной) при спуске обсадной колонны.Кроме того, данное устройство как турбулизатор не может устанавливаться в зонах поглощения, хотя как центратор оно там необходимо, т,е. устройство по своему назначению требует наличия других устройств.Турбулизатор с жесткими ребрами, а также турбулизатор с гибкими ребрамисоздают низкий эффект турбулизации потокаиз-эа своих конструктивных особенностей.Их ребра имеют продольное сечение, высота которых меньше величины кольцевого зазора и расположены параллельно друготносительно друга. 5Известен турбулизатор с размещениемтурбулизирующих элементов (ребер) подразличными углами к оси корпуса. Однакоон не позволяет избежать недостатка предыдущего турбулизатора из-за использован ия простейшей формы (прямоугольной)турбулизирующих элементов, Кроме того,из мировой практики известно, что нормальным кольцевым зазором между стенкой скважины й стенкой обсадной трубы 15принят зазор в 19 мм, а. очень часто онсоставляет 10 - 11. Поэтому диаметры отверстий в основных пластинах данного турбулизатора могут быть менее 10 мм, чтоснижает надежность его работы, т,к. отверстия могут быть легко зашламлены остатками горной породы и твердой фазой буровогораствора и потеряют свое функциональноеназначение, Область применения данноготурбулизатора ограничивается использованием в вертикальных скважинах с концентричным расположением обсадных колонн встволах скважин.При эксцентричном расположении колонны значительная часть кольцевого пространства будет находиться вне зоныактивного воздействия турбулиэатора.Таким образом, существующие конструкции не обеспечивают высокой эффективности и стабильной надежности работы. 35Они разработаны без учета эксцентричногорасположения обсадных колонн в скважинах,Целью устройства является усиление эффекта турбулизации потока и повышение эффективности его использования в условияхскважин, в т.ч. наклонно-направленных игоризонтальных,Цель достигается тем, что упругие турбулизирующие элементы (ребра) в продольном сечении имеют трапецеидальнуюформу, причем величина большего основания определяется из условия1.1,33( )а меньшее1 0,67,где 0 - диаметр скважины;б - диаметр обсадной колонны, 55Турбулизирующие элементы (упругиеребра) расположены на корпусе под различными углами, при этом большие основанияупругих ребер чередуются с их меньшимиоснованиями. На фиг.1 изображен предлагаемый турбулизатор, общий вид; на.фиг.2 - сечениеА-А на фиг.1; на фиг,3 - турбулизатор, частьразвертки; на фиг,4- вертикальные разрезыскважин и обсадных труб с турбулизаторами(схематично) с различными по величине основаниями ребер на горизонтальном участке,Турбулизатор состоит из корпуса 1 итурбулизирующих упругих ребер 2.Для повышения качества цементирования обсадных колон за счет увеличения сте-пени вытеснения бурового раствора изамещения его за колонной тампонажнымнеобходим турбулентный режим течениярастворов в процессе цементирования. Этодостигается установкой на обсадных трубахтурбулизаторов.Работа турбулизатора заключается вследующем.После спуска обсадной колонны до про ектной глубины скважина промывается буровым. раствором. На данном этапетурбулизаторы, установленные на обсаднойколонне в определенных интервалах, созда-ют турбулентный режим течения раствора,воздействуя на застойные зоны и на коркунаслоений на стенках скважины.На последующем этапе при закачке ипродавке тампонажного раствора за колонну труб, турбулизаторы, создавая возмущение потока раствора способствуют болееполному вытеснению бурового раствора изамещению его тампонажным.Повышение эффективности турбулизации потока при прочих равных скважинныхусловиях в предлагаемом турбулиэаторе достигается за счет применения наиболее рациональных размеров и формвозмущающих (турбулизирующих) элементов (упругих ребер), а также их взаимногорасположения (фиг.1-3).Размеры оснований ребра определялись исходя из необходимости созданиягидравлического канала между ребрами,корпусом турбулизатора и стенками скважины, а также из реальных геометрическихразмеров кольцевого зазора между обсадными трубами и стенками скважин. Во внимание приняты два основные положения:1. Оси обсадной колонны и скважинысовпадают,т.е. эксцентриситетотсутствует,кольцевой зазор равномерный по всему сеО-бчению и равен ( -- );2. Оси колоны и скважины не совпадают(фиг.4). Для качественного цементированияобсадных колонн эксцентрисйтет е долженограничиваться, В мировой практике принято, что он не должен превышать 33, т.е.0,33 о кольцевого зазора. Это достигается благодаря применению центраторов, При максимально допустимом эксцентриситете емакс кольцевой зазор будет неравномерным (фиг.4). С одной стороны он будет макО - дсимальным, т.е. 1,33 ( - 2 - ), с другой -О - бминимальным, т.е. 0,67 ( -- ) с наличием участков оптимального зазора, т.е. ( - 2 - ) .О - б 10При современном развитии техники не представляется возможным сориентировать установленные на колонне десятки турбулизаторов с размерами ребер, 15соответствующих величине зазора.Поэтому необходим выбор наиболее оптимальных размеров оснований ребер, эффективно работающих на любом участке по вертикальному разрезу горизонтальной 20 скважины.Анализ показывает, что при равенстве оснований ребер минимальному кольцевоО-бму зазору, т.е. 0,67 ( - ; в ), около одной25 трети площади кольцевого зазора вертикального разреза (например, диаметр скважины 216 мм, обсадной колонны - 146 мм) не находится в зоне активного воздействия (АТ) турбулизатора (фиг.4 а), при равенстве 30 оснований ребер оптимальному кольцевомуО-бзазору, т.е. ( - 2 - ) - более 10 О, при этом будут незначительно деформированы отдельные ребра турбулизатора (фиг.4 б). 35При равенстве оснований ребер максимальному кольцевому зазору, т.е. 1,33О - б( -в ) , вся площадь кольцевого зазора находится под активным воздействием тур булизатора (фиг.4 в), но часть ребер будет деформирована в различной степени.Таким образом, исходя из анализа можно сделать вывод, что наиболее эффективно будет работать ребро трапецеидальной формы. 45С учетом необходимости создания турбулизирующих элементов, обеспечивающих эффективное воздействие по всему кольцевому зазору при концентричном и эксцентричном расположении обсад ной колонны в скважине при минимальной деформации отдельных упругих ребер определено, что большее основание ребравыбирается из условия1.1,33 ( ),55 а меньшее0,67. Трапецеидальная форма благодаря разности величин оснований ребер позволит постоянно по высоте И (фиг,3) возмущать поток, вовлекать новые объемы раствора в режим турбулентного течения и направлять его к стенке скважины.При расположении упругих ребер с большими основаниямивверх или наоборот вниз эффект турбулизации потока будет проявляться при движении колонны вниз или только вверх соответственно, т.е. при расхаживании колонны он будет односторонним. При вращении колонны эффект будет равноценным и минимальным как и при прямоугольном сечении ребер,При последовательно чередующемся расположении упругих ребер с большими основаниями вверх и вниз эффект турбулизации потока будет одинаково проявляться при движении колонны вниз и вверх (спуск колонны и ее расхаживание). При вращении колонны эффект турбулизации будет максимальным из-за разности основанийи 1, При концентричном или эксцентричном расположении обсадной колонны в сквакине все кольцевое пространство будет находиться в зоне активной турбулизации потока при спуске, расхаживании и вращении.Размеры, форма ребер и схема их расположения обеспечивают применение турбулизаторов при нормальных (вертикальные скважины), а также в экстремальных условиях эксцентричного расположения обсадных труб в наклонно-направленных и горизонтальных скважинах при оптимальном эффекте турбулизации, способствующему более полному вытеснению бурового раствора и замещению его тампонажным.Техническая эффективность предлагаемого турбулизатора достигается за счет повышения качества крепления скважин.Формула изобретения Турбулизатор для обсадной колонны, включающий корпус с закрепленными под различными углами к его оси упругими ребрами, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения качества цементирования обсадных колонн в наклонных скважинах, за счет возможности усиления эффекта турбулизации потока цементного раствора, а также возможности вращения и расхаживания обсадных колонн, упругие ребра в продольно сечении выполнены в виде элементов трапецеидальной формы с большим основанием , определяемым из соотношения1 1,33( )1767160 1 0,67,г.1 и меньшим основанием 1, определяемым изсоотношения где О - диаметр скважины, мм;б - диаметр обсадной колонны, мм,при этом большие основания упругих реберчередуются с их меньшими основаниями,,112, ФЛ. Ладыга оргентал Составител Техред М.М Корректор Л. Лукач Федотов едак Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 аказ 3532 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5