Тампонажное устройство

 

Изобретение относится к бурению скважин. Цель - повышение надежности тампонирования скважин за счет исключения поршневого эффекта при снятии устройства с забоя. Устройство содержит корпус 7 с осевым каналом и сливными окнами 8. Под окнами установлен контейнер 1 с поршнем (П) 2, разделяющим внутренний объем контейнера 1 на надпоршневую полость 3 и рабочую 4 полость, заполненную тампонажным раствором (ТР). С нижней частью контейнера 1 соединена опорная труба (ОТ) 5. В нижней части контейнера 1 размещена пробка 18. Над контейнером 1 установлен пульсатор, содержащий верхний 9 и нижний 10 переходники и размещенные в канале корпуса 7 приемное сопло 11 и питающее сопло 13. Сопло 11 сообщается с полостью 3. Сопло 13 соединено с переходником 9 с возможностью вращения относительно сопла 11. Внутри корпуса 7 над окнами 8 закреплен плоский затвор 14 и установлен подпружиненный относительно корпуса 7 затвор 21 окон 8. Затвор 14 взаимодействует с соплом 13. Затвор 21 перекрывает окна 8 в конце рабочего хода П 2, связанного с ним гибкой связью 24. В верхней и нижней частях ОТ 5 установлены соответственно крышка 26 и днище 27 со сливным отверстием 28. В нижней части ОТ 5 установлен с возможностью перекрытия отверстия 28 при транспортировке устройства нижний затвор 29. Между крышкой 26 и днищем 27 ОТ 5 заполнена жидкостью, инертной к ТР, или самим ТР, или ускорителем схватывания ТР. На выходе сопла 13 формируется напорная струя, которая при совмещении сопл 13 и 11 создает рабочее импульсное давление, под воздействием которого П 2 совершает импульсное движение вниз и выдавливает пробку 18 и ТР. Повышение давления служит сигналом об окончании выдавливания ТР. При отрыве ОТ 5 от забоя под ней образуется полость разрежения. Затвор 29 перемещается вниз, открывая отверстия 28. Жидкость из полости ОТ 5 изливается, исключая поршневой эффект. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)ю Е 21 В 33/132

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

12

71

- 25

2

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4378695/24-03 (22). 15.02.88 (46) 30.10.90. Бюл. ¹ 40 (71) Всесоюзный научно-исследовательский геологоразведочный институт угольных месторождений (72) Б.С. Лобанов (53) 622.245.42(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР и 1218074, кл. Е 21 В 33/14, 1984.

Авторское свидетельство СССР № 1452937, кл. Е 21 В 33/132, 1987, „„. Ж„„1602974 А1

2 (54) ТАМПОНАЖНОЕ УСТРОЙСТВО (57) Изобретение относится к бурению скважин. Цель — повышение надежности тампонирования скважин за счет исключения поршневого эффекта и ри снятии устройства с забоя. Устройство содержит корпус 7 с осевым каналом и сливными окнами 8. Под окнами установлен контейнер 1 с поршнем (Il) 2, разделяющим внутренний объем контейнера 1 на надпоршневую полость 3 и рабочую 4 полость, заполненную тампонажным раствором (TP). С нижней частью кон7 .

1,т

14

11

22

1) д

1602974

30

35 тейнера 1 соединена опорная труба (ОТ) 5.

В нижней части контейнера 1 размещена пробка 18. Над контейнером 1 установлей пульсатор, содержащий верхний 9 и нижний

10 переходники и размещенные в канале корпуса 7 приемное сопла 11 и питающее сопло 13. Сопло 11 сообщается с полостью

3. Сопло 13 соединено с переходником 9 с возможностью вращения относительно сопла 11. Внутри корпуса 7 над окнами 8 закреплен плоский затвор 14 и установлен подпружиненный относительно корпуса 7 затвор 21 окон 8. Затвор 14 взаимодействует с соплом 13, Затвор 21 перекрываетокна

8 в конце рабочего хода П 2, связанного с ним гибкой связью 24. В верхней и нижней частях ОТ 5 установлены соответственно крышка 26 и днище 27 со сливным отверстием 28. В нижней части ОТ 5 установлен с

Изобретение относится к бурению скважин, в частности к устройствам для их тампонирования.

Целью изобретения является повышение надежности тампонирования скважин за счет исключения поршневого эффекта при снятии устройства с забоя.

На фиг. 1 представлено тампонажное устройство, общий вид; на фиг. 2 — нижний затвор опорной трубы; на фиг. 3 — вариант компоновки нижнего затвора, Тампонажное устройство включает контейнер 1 с поршнем 2, разделяющим внутренний обьем контейнера на надпоршневую гидравлическую полость 3 и рабочую полость 4, заполненную тампона>кным раствором, опорную трубу 5, соединенную с нижней частью контейнера 1 через перфорированный патрубок 6, установленный над . контейнером пульсатор в корпусе 7 с осевым каналом и cRMBHblMM окнами 8, Пульсатор содержит верхний 9 и нижний 10 переходники, размещенные в осевом канале корпуса 7 приемное сопло 11, установленное на нижнем переходнике 10 и сообщающееся с надпоршневой полостью 3 контейнера, ротор 12 по меньшей мере с одним питающим соплом 13, соединенный с верхним переходником 9 с возможностью вращения относительно приемного сопла

11. Сопла 11 и 13 выполнены.c равным эксцентриситетом относительно оси устройства, При необходимости создания на выходе пульсатора рабочих импульсов высокой частоты без наращивания числа оборотов буровой колонны, приводящей во вращение верхний переходник 9 пульсатора, в роторе

12 выполняется несколько питающих сопел возможностью перекрытия отверстия 28 при транспортировке устройства нижний затвор 29. Между крышкой 26 и днищем 27

OT 5 заполнена жидкостью, инертной к ТР, или самим ТР, или ускорителем схватывания TP. На выходе сопла 13 формируется напорная струя, которая при совмещении сопл 13 и 11 создает рабочее импульсное давление, под воздействием которого П 2 совершает импульсное движение вниз и выдавливает пробку 18 и TP. Повышение давления служит сигналом об окончании выдавливания ТР, При отрыве ОТ 5 от забоя под ней образуется полость разрежения.

Затвор 29 перемещается вниз, открывая отверстия 28. Жидкость из полости ОТ 5 изливается, исключая поршневой эффект. 3 з,п, ф-лы, 3 ил.

13, расположенных на одной окружности на равном расстоянии друг от друга. Внутри корпуса 7 над его сливными окнами 8 устанавливается и закрепляется относительно укаэанного корпуса взаимодействующий с питающими соплами 13 плоский затвор 14 с окном 15 в зоне приемного сопла 11. Окно

15 выполняется на той же окружности, что и питающие сопла 13, а его длина делается равной длине дуги между соседними питающими соплами 13. К нижнему (как показано на фиг. 1) или верхнему (между нижним переходником 10 пульсатора и контейнером 1) концу контейнера 1 крепится пакер, выполненный, например, в виде набора упругих уплотнительных элементов 16 и разделительных колец 17. Выходное отверстие в нижнем конце контейнера 1 закрыто пробкой 18. Для разобщения вращающихся со20 пел 13 и неподвижного сопла 11 между верхним переходником 9 пульсатора и его корпусом. 7 установлен подшипник 19, пакер выполнен с возможностью исключения взаимного проворачивания его подвижных

25 и неподви>кных частей (например, за счет применения в его конструкции шпоночного или шлицевого соединения), а на конце опорной трубы 5 установлена буровая коронка 20, препятствующая вращению опорной трубы относительно забоя скважины, Устройство снабжено сигнализатором окончания рабочего хода поршня 2, содержащим золотниковый затвор 21 сливных окон 8. размещенный в корпусе 7 над его сливными окнами 8 с возможностью их частичного или полного перекрытия в конце рабочего хода поршня 2. Золотник 21 фиксируется в корпусе в исходном положении пружиной 22 и

1602974

50

-соединен с поршнем 2 штоком 23 и гибкой связью 24, В торцовой части золотника 21 выполнены отверстия 25 для прохода промывочной жидкости.

Опорная труба 5 снабжена крышкой (заглушкой) 26 в верхней и днищем 27 в нижней части и заполнена жидкостью, инертной по отношению к тампонажному материалу, заполняющему рабочую полость 4 контейнера (например, водой, глинистым раствором и т.п.), или тампонажным раствором различного состава и рецептуры или ускорителем схватывания тампонажного раствора, заполняющего рабочую полость контейнера (например, жидким стеклом, хлористым кальцием и т,п.), В днище 27 выполнено сливное отверстие 28, а в нижней части опорной трубы установлен подпружиненный нижний затвор 29 с возможностью перекрытия сливного отверстия 28 днища 27 при транспортировке устройства к забою.

Указанный затвор выполняет функцию обратного клапана и может иметь различное конструктивное исполнение, одно иэ которых показано на фиг. 2, В представленной конструкции плоский затвор 29 снабжен штоком 30 и поджат при помощи пружины

31 к днищу 27, в котором выполнены сливные отверстия 32. Пружина 3 I опирается верхним торцом на опору 33, соединенную со штоком 30. Опора 33 одновременно служит направляющей верхнего конца штока

30 при его возвратно-поступательном движении, а в качестве направляющей нижнего конца указанного штока служит осевое отверстие в днище 27. В опоре ЗЗ выполнены отверстия 34 для прохода промывочной жидкости, а затвор 29 снабжен уплотнением

25, исключающим утечки жидкости через затвор при транспортировке устройства к зоне тампонирования. В случае, когда заливаемая в опорную трубу 5 жидкость (например, тампонажный раствор, ускоритель схватывания тампонажного раствора и т,п.) агрессивна по отношению к деталям затвора или же обладает высокой вязкостью, препятствующей нормальному перемещению пружины 31, ее опоры ЗЗ и штока 30, конструкция затвора может быть видоизменена и выполнена в варианте, показанном на фиг. 3. В данном варйанте затвор размещен в патрубке 36 между опорной трубой 5 и корпусом коронки 20, а пружина 31 с опорой 33 и шток 30 размещены в герметичном кожухе 37, закрытом сверху крышкой 38 с уплотнением 39, а снизу — днищем 40, в котором выполнены отверстия 41 для прохода жидкости к забою.

Тампонажное устройство работает следующим образом. б

Рабочую полость 4 контейнера заправляют тампонажным раствором, а во внутреннюю полость опорной трубы 5 заливают жидкость (например, воду, глинистый или тампонажный раствор или ускоритель срока схватывания тампонажного раствора, заправленного в рабочую полость 4), после чего устройство опускают в скважину к зоне тампонирования, расположенной над естественным или искусственным забоем, По достижению забоя устройство нагружают осевым усилием, под действием которого упругие элементы 16 пакера перекрывают радиальный зазор между устройством и стенками скважины. После изоляции тампонируемого интервала пакером приводят во вращение буровую колонну, на которой подвешено устройство. и включают буровой насос, соединенный с указанной колонной.

Ротор 12 с питающими соплами 13 получает вращение от верхнего переходника 9, соединенного с буровой колонной, а к питающим соплам 13 подводится промывочная жидкость, нагнетаемая буровым насосом по буровой колонне. В процессе вращения ротора 12 каждое иэ питающих сопел 13 периодически (при каждом обороте ротора) сообщается с окном 15 плоского затвора 14.

На выходе сопла 13 формируется напорная струя, которая при совмещении сопел 13 и

11 формирует в последнем рабочий импульс давления, который заканчивается после расхождения указанных сопел. При совмещении с приемным соплом 11 следующего питающего сопла 13 в нем формируется очередной импульс давления, В результате на выходе приемного сопла 11 и соответственно в надпоршневой полости 3 контейнера формируется пульсирующее давление с частотой, равной частоте вращения ротора 12, умноженной на число питающих сопел 13, выполненных в указанном роторе. Рабочая жидкость, не попадающая в и риемное сопло

11, сливается через отверстия 25 в золотнике 21 .и сливные окна 8 в затрубное пространство скважины, Под воздействием пульсирующего давления со стороны надпоршневой полости 3 поршень 2 совершает импульсное движение вниз. Пробка 18 выходит из сливного отверстия контейнера 1 и опускается ниже отверстий перфорированного патрубка 6, после чего тампонажный раствор вытесняется поршнем 2 из рабочей полости 4 в зону тампонирования через боковые отверстия патрубка 6. В результате воздействия пульсирующего давления со стороны поршня 2 тампонажный раствор проникает в трещины, поры и каверны, сообщающиеся со стенками ствола скважины.

1602974 ется по столбу жидкости, заполняющей буровую колонну, к поверхностному сигнальному устройству, вырабатывающему информационный сигнал, оповещающий бурового мастера об окончании работы уст- 15

25

35

40 нирования, особенно при борьбе с 50

В конце рабочего хода поршень 2 с помощью троса 24 перемещает золотник 21 вниз, что приводит к перекрытию указанным золотником сливных окон 8 корпуса 7; в результате чего возрастает давление во внутренней полости корпуса 7 и соответственно в соплах 13 и осевом канале верхнего переходника 9. Указанный рост давления служит информационным сигналом об окончании работы устройства, который передаройства, После получения указанного сигнала вращение колонны и подачу рабочей жидкости прекращают и производят подъем тампонажного устройства с забоя.

Под действием упругих сил пружины 22 и уплотнительных элементов 16 золотник 21 и детали пакера возвраьцаются в исходное положение, При отрыве опорной трубы 5 от забоя под ней образуется полость разрежения (вакуум),.в результате чего затвор 29 перемещается вниз, обеспечивая слив жидкости из опорной трубы 5 на забой, благодаря чему исключается поршневой эффект и соответственно его отрицательное влияние на качество тампонирования, как это имеет место в прототипе, При проxîæäåíèè нижним концом устройств- затампони рован ного интервала (от забоя до уровня, на котором находится верхний конец опорной трубы 5 при постановке устройства на забой) в процессе подъема устройства с забоя целесообразно сообщать устройству шаговое импульсное (толчками) движение вверх, в процессе которого в жидкости, заполняющей внутреннюю полость спорной.трубы 5, возникают силы инерции, способствующие сливу указанной жидкости из опорной трубы, В случае заливки в опорную трубу 5 тампонажного раствора обеспечивается возможность доставки в зону тампонирования дополнительного объема тампонажного материала, что повышает надежность -:ампопоглощением промывочной жидкости, когда требуется доставка в зону тампонирования значительных объемов. тампонажных материалов. Заливка же в опорную трубу 5 ускорителя схватывания тампонажного раствора, заполняющего рабочую полость 4 контейнера, позволяет сократить. время, отводимое на ожидание окончания схватывания тампонажного раствора после тампонирования, что снижает простой сква5

10 жины при ее тампонировании и соответственно повышает производительность буровых работ. В целях более эффективного смешения ускорителя схватывания, вытекающего из опорной трубы 5 в процессе отрыва ее от забоя, с тампонажным раствором, находящимся в скважине в зоне опорной трубы, целесообразно в процессе подъема последней в призабойном интервале сообщать устройству возвратно-поступательные движения с амплитудой, равной 0,5 — 3 диаметра опорной трубы, После подъема устройства над забоем на высоту, равную длине опорной трубы 5, его поднимают на поверхность в обычном порядке, Формула изобретения

1. Тампонажное устройство, включающее корпус с осевым каналом и сливными окнами, размещенный под сливными окнами контейнер с пробкой в нижней части и поршнем, разделяющим его на надпор-. шневую полость и рабочую полость, заполненную тампонажным раствором, установленный над контейнером пульсатор, содержащий верхний и нижний переходники, размещенные внутри осевого канала корпуса приемное сопло, сообщающееся с надпоршневой полостью контейнера и питающие сопла, соединенные с верхним переходником с возможностью вращения относительно приемного сопла, установленный с возможностью взаимодействия с питающими соплами и закрепленный в корпусе над сливными окнами плоский затвор, подпружиненный относительно корпуса затвор сливных окон, связанный гибкой связью с поршнем и установленный с возможностью перекрытия сливных окон в конце рабочего хода последнего, и связанную с нижней частью контейнера опорную трубу, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности тампонирования скважин за счет исключения поршневого эффекта при снятии устройства с забоя, оно снабжено крышкой и днищем со сливным отверстием, установленными, в верхней и нижней частях опорной трубы соответственно, и нижним затвором, при этом опорная труба заполнена жидкостью, а нижний затвор подпружинен относительно опорной трубы и установлен с возможнос ью перекрытия сливного отверстия днища при транспортировке устройства, 2, Устройство по и. 1. о т л и ч а ю щ е ес я тем, что жидкость, заполняющая опорную трубу, инертна по отношению к тампонажному раствору, 10

1602974

4. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е ес я тек;, что в качестве жидкости, заполняющей опорную трубу, используется ускоритель схватывания тампонажного раствора.

3, Устройство по и. 1, о тл и ч а ю ще ес я тем, что в качестве жидкости, заполняющей опорную трубу, используется тампонажный раствор.

58

51

57

Фиг. 2

Фиг. Я

Составитель А. Кондратенков

Редактор О, Спесивых Техред M.Ìîðãåíòýë Корректор Э. Лончакова

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 3366 Тираж 471 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5