расширяемый стабилизатор для ствола скважины

Формула изобретения

1. Стабилизатор для расширяемого в радиальном направлении трубчатого элемента, проходящего в стволе скважины, пробуренном в пласте земли, содержащий расширяемый в радиальном направлении трубчатый компонент в виде гильзы, окружающей трубчатый элемент, и, по меньшей мере, один рычажный элемент, присоединенный к трубчатому компоненту и выполненный с возможностью смещения из радиально отведенного положения в радиально выдвинутое положение за счет действия упругой силы, причем стабилизатор дополнительно содержит фиксирующее средство, выполненное с возможностью фиксации рычажного элемента в отведенном положении, когда трубчатый элемент находится в нерасширенном состоянии, и расфиксации рычажного элемента при радиальном расширении трубчатого компонента для смещения рычажного элемента в его выдвинутое положение.

2. Стабилизатор по п.1, в котором рычажный элемент присоединен к трубчатому компоненту с образованием одного целого с ним и упругая сила возникает из-за упругой деформации рычажного элемента относительно трубчатого компонента, когда рычажный элемент находится в его отведенном положении.

3. Стабилизатор по п.2, в котором рычажный элемент образован с помощью вырезанной части трубчатого компонента.

4. Стабилизатор по п.3, в котором рычажный элемент проходит, по существу, в окружном направлении трубчатого компонента, когда рычажный элемент находится в его отведенном положении.

5. Стабилизатор по любому из пп.2-4, в котором фиксирующее средство включает периферийную концевую поверхность рычажного элемента, проходящую наклонно относительно окружного направления трубчатого компонента.

6. Стабилизатор по п.5, в котором фиксирующее средство дополнительно включает периферийную концевую поверхность трубчатого компонента, наклоненную относительно окружного направления трубчатого компонента, при этом соответствующие концевые поверхности рычажного элемента и трубчатого компонента имеют дополняющие наклоны.

7. Стабилизатор по п.1, содержащий множество рычажных элементов, включая, по меньшей мере, два рычажных элемента, расположенных, по существу, в одном и том же месте в окружном направлении и на заданном расстоянии друг от друга в аксиальном направлении.

8. Стабилизатор по п.1, содержащий множество рычажных элементов, включая, по меньшей мере, три рычажных элемента, расположенных на заданном расстоянии друг от друга в окружном направлении.

9. Стабилизатор по п.1, в котором гильза представляет собой расширяемый трубчатый компонент с прорезями.

10. Стабилизатор по п.1, в котором трубчатый элемент представляет собой обсадную колонну, проходящую в ствол скважины.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к стабилизатору для обеспечения устойчивости трубчатого элемента, проходящего в стволе скважины, пробуренном в пласте земли. Трубчатый элемент представляет собой, например, обсадную колонну, которая должна быть зацементирована в стволе скважины. Как правило, желательно, чтобы обсадная колонна была расположена центрально в стволе скважины перед цементированием и во время цементирования, чтобы гарантировать то, что кольцевой слой цемента между обсадной колонной и стенкой ствола скважины обеспечит достаточную изоляцию как в радиальном, так и в продольном направлении. В нижеприведенном описании используются термины "стабилизатор" и "центратор", при этом оба обозначают одно и то же.

Различные типы центраторов применялись для обеспечения устойчивости или центрирования трубчатого элемента, такого как обсадная колонна, в стволе скважины. Один такой центратор представляет собой рессорный центратор, который выполнен с рычагами рессорного типа, проходящими к стенке ствола скважины. Однако такие известные центраторы в меньшей степени применимы для трубчатых элементов, которые должны быть радиально расширены в стволе скважины.

Следовательно, целью настоящего изобретения является создание усовершенствованного стабилизатора, который в достаточной степени обеспечивает устойчивость расширяемого трубчатого элемента или центрирует расширяемый трубчатый элемент в стволе скважины.

В соответствии с изобретением разработан стабилизатор для расширяемого в радиальном направлении трубчатого элемента, проходящего в стволе скважины, пробуренном в пласте земли, при этом стабилизатор содержит расширяемый в радиальном направлении трубчатый компонент, выбранный из части трубчатого элемента и гильзы, окружающей трубчатый элемент, и, по меньшей мере, один рычажный элемент стабилизатора, присоединенный к трубчатому компоненту и выполненный с возможностью смещения из радиально отведенного положения в радиально выдвинутое положение за счет действия упругой силы, причем стабилизатор дополнительно содержит фиксирующее средство, выполненное с возможностью фиксации рычажного элемента в отведенном положении, когда трубчатый элемент находится в нерасширенном состоянии, и расфиксации рычажного элемента при радиальном расширении трубчатого компонента для смещения рычажного элемента в его выдвинутое положение.

Таким образом, достигается то, что при радиальном расширении трубчатого компонента в стволе скважины трубчатый компонент растягивается в окружном направлении, так что фиксирующее средство расфиксируется, и каждый рычажный элемент смещается под действием упругой силы в радиально выдвинутое положение. В результате этого рычажные элементы поджимаются к стенке ствола скважины и обеспечивают устойчивость трубчатого элемента или центрируют трубчатый элемент в стволе скважины.

Соответственно, каждый рычажный элемент присоединен к трубчатому компоненту с образованием одного целого с ним, и упругая сила возникает из-за упругой деформации рычажного элемента относительно трубчатого компонента, когда рычажный элемент находится в его отведенном положении.

Для обеспечения возможности легкой установки трубчатого элемента в стволе скважины предпочтительно, чтобы рычажный элемент проходил по существу в окружном направлении трубчатого компонента, когда рычажный элемент находится в его отведенном положении.

Предпочтительно, если стабилизатор содержит множество рычажных элементов, включая, по меньшей мере, два рычажных элемента, расположенных по существу в одном и том же месте в окружном направлении и на заданном расстоянии друг от друга в аксиальном направлении.

Для достижения надлежащего центрирования трубчатого элемента в стволе скважины стабилизатор соответственно содержит множество рычажных элементов, включая, по меньшей мере, три рычажных элемента, расположенных на заданном расстоянии друг от друга в окружном направлении.

Изобретение будет описано ниже более подробно и в качестве примера со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых изображено следующее:

фиг.1 представляет схематичный вид в перспективе расширяемого трубчатого элемента, снабженного стабилизатором согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения;

фиг.2 показывает схематичное поперечное сечение 2-2 по фиг.1;

фиг.3 схематично показывает трубчатый элемент по фиг.1 после его радиального расширения;

фиг.4 схематично показывает сечение 4-4 на фиг.3.

На фиг.1 и 2 показан трубчатый элемент в виде обсадной колонны 4 перед его радиальным расширением в стволе скважины (непоказанном), образованном в пласте земли. Обсадная колонна 4 снабжена стабилизатором 6 для обеспечения устойчивости и/или центрирования обсадной колонны 4 в стволе скважины. Стабилизатор 6 включает расширяемый в радиальном направлении трубчатый компонент в виде гильзы 8, окружающей обсадную колонну 4. Гильза 8 выполнена с продольными прорезями 10 (показаны только некоторые из прорезей для простоты рассмотрения), которые перекрываются в продольном направлении, так что требуется только небольшое расширяющее усилие для радиального расширения гильзы 8. Кроме того, гильза 8 выполнена с тремя вырезанными частями 12, 12', 12", расположенными на одинаковом расстоянии друг от друга вдоль окружной периферии гильзы 8, при этом на фиг.1 показана только одна вырезанная часть 12 для простоты рассмотрения. Две другие вырезанные части 12', 12" аналогичны по форме и размеру вырезанной части 12.

Вырезанная часть 12 образована из четырех прямоугольных вырезанных участков 14, 15, 16, 17, которые соединены продольным разрезом 18. Вырезанные участки 14, 15, 16, 17 и продольный разрез 18 обеспечивают образование трех прямоугольных рычажных элементов 19, 20, 21, соединенных с остальной частью гильзы 8 с образованием одного целого с ней.

Продольный разрез 18 проходит наклонно относительно окружного направления гильзы 8, в результате чего образуются наклонные периферийные концевые поверхности 24, 26, 28 соответствующих рычажных элементов 19, 20, 21 и сопрягаемая наклонная периферийная концевая поверхность 30 остальной части гильзы 8.

Как показано на фиг.2, наклонные концевые поверхности 24, 26, 28 рычажных элементов 19. 20, 21 зафиксированы за наклонной концевой поверхностью 30 остальной части гильзы 8, тем самым они обеспечивают удерживание рычажных элементов 19, 20, 21 в их радиально отведенном положении. Каждый рычажный элемент 19, 20, 21 был пластически деформирован таким образом, чтобы он принял радиально выдвинутое положение (как показано на фиг.3), когда он больше не отведен в радиальном направлении, и рычажный элемент подвергается упругой деформации, когда он радиально отведен (как показано на фиг.2).

На фиг.3 и 4 показана обсадная колонна 4 и стабилизатор 6 после радиального расширения обсадной колонны 4 и гильзы 8. Наклонные концевые поверхности 24, 26, 28 рычажных элементов 19, 20, 21 больше не зафиксированы за наклонной концевой поверхностью 30 остальной части гильзы 8, и в результате этого рычажные элементы 19, 20, 21 перемещаются в соответствующие положения, при которых они радиально выдвинуты.

Во время нормальной работы на обсадной колонне 4 размещают стабилизатор 4, при этом гильза 8 расположена вокруг обсадной колонны 4 и рычажные элементы 19, 20, 21 находятся в их положениях отвода. Впоследствии обсадную колонну спускают в ствол скважины и расширяют в радиальном направлении, например, путем подъема или проталкивания расширителя через обсадную колонну 4. Цементный раствор закачивают в кольцевое пространство между стенкой ствола скважины и обсадной колонной 4 перед расширением или после расширения обсадной колонны 4.

Когда обсадная колонна 4 расширяется в радиальном направлении, гильза 8 также расширяется в радиальном направлении. В результате этого прорези 10 гильзы 8 открываются, так что сила, требуемая для расширения гильзы, является сравнительно небольшой. Гильза 8 растягивается в окружном направлении в результате ее расширения в радиальном направлении, и поэтому наклонные концевые поверхности 24, 26, 28 соответствующих рычажных элементов 19, 20, 21 выходят из контакта с наклонной концевой поверхностью 30 остальной части гильзы 8. Каждый рычажный элемент 19, 20, 21 упруго отскакивает радиально наружу к стенке ствола скважины при выходе его наклонной концевой поверхности 24, 26, 28 из контакта с концевой поверхностью 30 благодаря выделению энергии упругой деформации, которой обладает рычажный элемент, когда рычажный элемент удерживается от смещения в радиальном направлении. Радиальное положение рычажных элементов 19, 20, 21 после расфиксации показано на фиг.3.

Рычажные элементы 19, 20, 21 выполнены с такими размерами, что концы рычажных элементов после расфиксации рычажных элементов поджимаются к стенке ствола скважины и в результате этого обеспечивают центрирование и устойчивость обсадной колонны 4 в стволе скважины.

Вместо выполнения гильзы с продольными прорезями гильза может быть выполнена с отверстиями определенной конфигурации.

Кроме того, вместо цементирования обсадной колонны в стволе скважины одно или ряд альтернативных кольцевых уплотнительных средств может быть использован в кольцевом пространстве между обсадной колонной и стенкой ствола скважины.