Устройство для ступенчатого цементирования обсадной колонны

 

Использование: при ступенчатом цементировании обсадной колонны Обеспечивает повышение надежности герметизации заколонного пространства и разобщения колонного и заколонного пространств устройства. Сущность изобретения: устройство включает полый корпус, выполненный с цементировочными отверстиями верхнего и нижнего уровней. Снаружи корпуса помещен герметизатор заколонного пространства, образующий с корпусом рабочую полость. Устройство имеет и срезную втулку с посадочным седлом под запорный элемент. Срезная втулка выполнена с циркуляционными каналами верхнего и нижнего уровней, которые сообщают полость корпуса под посадочным седлом с внешним пространством через цементировочные отверстия верхнего уровня. Кроме того, эти каналы сообщают полость корпуса над посадочным седлом с рабочей полостью. Под срезной втулкой установлен ряд срезных элементоа Сама срезная втулка имеет фиксатор конечного положения. Устройство имеет нижний и верхний переводники и продавочную пробку, при этом оно снабжено конусной муфтой , установленной снаружи корпуса и жестко связанной с ним. Оно также снабжено конусным патрубком , жестко связанным с внутренней поверхностью верхнего переводника. Устройство имеет толкатель, жестко связанный с наружной поверхностью верхнего переводника, перекрывающий снаружи корпус с конусной втулкой и выполненный с радиальными отверстиями против цементировочных отверстий верхнего уровня. Толкатель зафиксирован относительно конусной муфты полыми срезными элементами и установлен с возможностью взаимодействия с герметизатором закопонного пространства . Срезная втулка выполнена с циркуляционными отверстиями над ее посадочным седлом и с возможностью совмещения с цементировочными отверстиями корпуса верхнего уровня и полостями срезных эпементоа Взаимодействующие торцовые поверхности срезной втулки и нижнего переводника выполнены зубчатыми треугольной формы. 4 ид vo С

(19) RU (11) (51) 5 Е 21 В 33 14

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 5027147/03 (22) 10.02.92 (46) 15.1 2.93 Бюл. Йю 45-46 (76) Петров Николай Александрович; Хамлов Вячеслав Николаевич (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТУПЕНЧАТОГО ЦЕ-

МЕНТИРОВАНИЯ ОБСАДНОЙ КОЛОННЫ (57) Использование: при ступенчатом цементировании обсадной колонны Обеспечивает повышение надежности герметизации заколонного пространства и разобщения колонного и закопонного пространств устройства. Сущность изобретения: устройство включает полый корпус, выполненный с цементировочными отверстиями верхнего и нижнего уровней. Снаружи корпуса помещен герметизатор эаколонного пространства, образующий с корпусом рабочую полость. Устройство имеет и срезную втулку с посадочным седлом под запорный элемент.

Срезная втулка выполнена с циркуляционными каналами верхнего и нижнего уровней, которые сообщают полость корпуса под посадочным седлом с внешним пространством через цементировочные отверстия верхнего уровня. Кроме того, эти каналы сообщают полость корпуса над посадочным седлом с рабочей полостью. Под срезной втулкой установлен ряд срезных элементоа Сама срезная втулка имеет фиксатор конечного положения. Устройство имеет нижний и верхний переводники и продавочную пробку, при этом оно снабжено конусной муфтой. установленной снаружи корпуса и жестко связанной с ним. Оно также снабжено конусным патрубком, жестко связанным с внутренней поверхностью верхнего переводника. Устройство имеет толкатель, жестко связанный с наружной поверхностью верхнего перев одника, перекрывающий снаружи корпус с конусной втулкой и выполненный с радиальными отверстиями против цементировочных отверстий верхнего уровня. Толкатель зафиксирован относительно конусной муфты полыми срезными элементами и установлен с возможностью взаимодействия с герметизатором закопанного пространства. Срезная втулка выполнена с циркупяционными отверстиями над ее посадочным седлом и с возможностью совмещения с цементировочными отверстиями корпуса верхнего уровня и полостями срезных элементов. Взаимодействующие торцовые поверхности срезной втулки и нижнего переводника выполнены зубчатыми треугольной формы. 4 ип. о

2004777

Изобретение относится к строительству скважин, точнее к креплению скважин, в частности к устройствам для цементирования обсадных колонн, Известно устройство для ступенчатого цементирования обсадной колонны, включающее полый корпус с цементировочными отверстиями нижнего и верхнего уровней, герметизатор заколонного пространства, помещенный снаружи корпуса и образующей с ним рабочую полость, среэную втулку с посадочным седлом под запорный элемент и циркуляционными каналами, ряд срезных элементов, установленных под срезной втулкой.

В известном устройстве герметизация осевого канала корпуса и совмещение циркуляционных каналов срезной втулки с впускными отверстиями в полость между корпусом и герметизатором, а затем с цементировочными отверстиями корпуса производится в процессе продавки цементного раствора, что создает определенные сло>кности в работе устройства и снижает надежность выполнения операций, в том числе и надежное перекрытие цементировочных отверстий срезной втулкой по окончании продавки, В итоге это может отрицательно сказаться на герметизации за. :олонного пространства, качестве цементирования, разобщении колонного и эаколонного пространств, Известно также устройство для ступенчатого цементирования обсадной колонны, включающего полый корпус с цементировочными отверстиями верхнего и нижнего уровней, герметизатор эаколонного пространства, помещенный снаружи корпуса и образующий с ним рабочую полость, срезную втулку с посадочным седлом под запорный элемент и циркуляционными каналами верхнего и нижнего уровней, сообщающими полость корпуса под посадочным седлом с внешним пространством через цементировочные отверстия верхнего уровня и полость корпуса над посадочным седлом с рабочей полостью, ряд срезных элементов, установленных под срезной втулкой, фиксатор конечного положения срезной втулки, нижний и верхний проводники и продавочную пробку, Недостатком этого устройства является невысокая надежность герметизации заколонного пространства скважины упругой манжетой (возможна ее поломка в процессе спуска обсадной колонны, недостаточная уплотняющая способность в процессе цементирования и в период ОЗЦ). Другим недостатком является невысокая надежность перекрытия верхнего уровня цементировочных отверстий корпуса второй втулкой, даже в случае усложнения технологического процесса и технического обеспечения. При закрытии же цементировочных отверстий втулками надежность разобщения колонного и заколонного пространств во времени остается также невысокой, тем более резко снижается в период эксплуатации скважины в результате действия температур, пластовых флюидов, химреагентов технологических жидкостей и др., ускоряющих процессы старения уплотнительных элементов и коррозии металла. Кроме того, по окончании ОЗЦ посадочные седла срезных втулок и цементировочные пробки разбуривают, а срезные втулки не зафиксированы от кругового перемещения, поэтому не исключается возможность их поворота относительно корпуса в этот период, 20 что отрицательно скажется на уплотняющей способности уплотнительных колец в результате их истирания и разрыва.

Цель изобретения — повышение надежности герметизации заколонного пространства и разобщение колонного изаколонного пространств устройства.

Поставленная цель достигается в результате того, что устройство снабжено конусной муфтой, установленной снаружи корпуса и жестко связанной с последним, конусным патрубком, жестко связанным с внутренней поверхностью верхнего переводника и выполненным под конусную муфту, и толкателем, жестко связанным с наружной поверхностью верхнего переводника, перекрывающим снаружи корпус с конусной Dòóëкой и выполненным с радиальными отверстиями против цементировочных отверстий верхнего уровня, полыми срезными элементами, фиксирующими его относительно конусной муфты, и с 003вожностью взаимодействия с герметизатором заколонного пространства, а срезная втулка выполнена с циркуляционными от45 верстиями над ее посадочным седлом с возможностью совмещения с цементировочными отверстиями корпуса верхнего уровня и полостями срезных опементов в рабочем положении устройства, при этом взаимодействующие торцовые поверхности срезной втулки и нижнего переводника выполнены зубчатыми треугольной формы.

На фиг. 1 представлен продольный разрез устройства для ступенчатого цементирования обсадной колонны в транспортном положении; на фиг,2 - то же, в процессе герметизации заколонного пространства и обратного цементирования первой ступени обсадной колонны; на фиг.3-то >ке, в период

2004777 прямого цементирования второй ступени обсадной колонны; на фиг,4 - положение узлов устройства по окончании цементирования.

Устройство для ступенчатого цементирования обсадной колонны состоит из полого корпуса 1 с цементировочными отверстиями 2 и 3 нижнего и верхнего уровней. В верхнем положении в корпусе 1 зафиксирована штифтами 4 срезная втулка 5 с посадочным седлом 6, которые вместе имеют циркуляционные каналы нижнего 7 и верхнего 8 уровней, совмещенные соответственно с цементировочными отверстиями

2 и 3. На уровне и ниже цементировочных отверстий 2 снаружи корпуса 1 выполнена проточка под рабочую полость 9, прикрытую патрубком 10. Снаружи корпуса 1 и патрубка 10 помещен герметизатор 11 заколонного пространства, удерживаемый внизу упором 12. Патрубок 10 и упор 12 имеют совмещенные отверстия 13. Вверху герметизатор 11 взаимодействует с толкателем

14, который жестко связан с наружной поверхностью верхнего переводника 15. Кроме того, с внутренней поверхностью верхнего переводника 15 жестко связан конусный патрубок 16, а снаружи корпуса 1 под него установлена конусная муфта 17. .Толкатель 14 перекрывает снаружи корпус

1 с конусной муфтой 17 и в крайнем верхнем положении зафиксирован относительно конусной муфты 17 полыми срезными элементами 18, при этом в толкателе 14 выполнены радиальные отверстия 19 против цементировочных отверстий 3 корпуса 1, а конусный патрубок 16 и конусная муфта 17 не взаимодействуют. Срезная втулка 5 имеет третий уровень циркуляционных отверстий 20 над посадочным седлом 6 под запорный элемент 21, а выше — посадочную втулку 22 под продавочную пробку 23, причем срезная втулка 5 выполнена длиной, обеспечивающей перекрытие конусного патрубка 16 B конечном положении при взаимодействии с нижним переводником 24. Взаимодействующие торцовые поверхности 25 и 26 соответственно срезной втулки 5 и нижнего переводника 24 выполнены зубчатыми треугольной формы. В конечном положении срезная втулка 5 фиксируется пружинным кольцом 27 в кольцевой проточке, образованной корпусом 1, конусной муфтой 17 и конусным патрубком 16. Кроме того, для обеспечения промежуточного положения срезной втулки 5 при совмещенных третьем уровне циркуляционных отверстий 20 с цементировочными отверстиями 3 и полостями срезных элементов 18 в рабочем положении устройства, в корпусе 1 установ5

55 лен ряд срезных элементов 28. Срезная втулка 5 и посадочная втулка 22 снабжены уплотнительными кольцами 29.

Устройство для ступенчатого цементирования обсадной колонны работает следующим образом, Положение элементов конструкции в процессе спуска обсадной колонны с устройством между первой и второй ступенями в скважину таково, как изображено на фиг.1. Происходит свободный переток жидкостей из трубного пространства в затрубное и наоборот, при этом сглаживаются пульсации гидродинамического давления и осуществляется самозаполнение второй ступени.

В процессе герметизации заколонного пространства скважины первую секцию обсадной колонны разгружают на забой и частично приспускают вторую секцию. При этом срезаются полые элементы 18 и толкатель 14 сжимает уплотнительный элемент 11 до тех пор, пока конусный патрубок 16 не будет взаимодействовать с конусной муфтой 17 (фиг,2). В этом положении элементов устройства после проведения профилактической промывки начинают процесс цементирования, В колонное пространство закачивают буферную жидкость, первую и вторую порции тампонажного раствора, разделенные запорным элементом 21, а над второй порцией тампонажного раствора помещают продавочную пробку 23 и закачивают продавочную жидкость. Первая порция тампона>кного раствора, дойдя до устройства, через циркуляционные каналы 7 и цементировочные отверстия 2 поступает в рабочую полость 9, откуда через отверстия

13 направляется в заколонное пространство первой ступени. Вытесняемая промывочная жидкость перетекает через отверстия в башмаке внутрь первой ступени, откуда через циркуляционные каналы 8 и цементировочные отверстия 3 поступает в полость между корпусом 1 и толкателем 14 и далее через полые срезные элементы 18 направляется в заколонное пространство второй ступени. При заходе запорного элемента 21 в посадочное седло 6 повышается давление, в результате чего срезаются штифты 4 и втулка 5 перемещается вниз до ряда срезных элементов 28, В этом положении срезной втулкой 5 перекрываются цементировочные отверстия 2 корпуса 1 и совмещается третий уровень циркуляционных отверстий 20 с цементировочными отверстиями 3 (фиг.3). Начинается процесс прямого цементирования второй ступени.

Вторая порция тампонажного раствора через совмещенные отверстия 20 и 3 поступает в полость между корпусом 1 и толкателем

2004777

20

30

14, а затем через полые элементы 18 в толкателе t4 направляется в заколонное пространство второй ступени. По окончании цементирования продавочная пробка 23 садится на посадочную втулку 22, в результате этого повышается давление и срезаются элементы 28. Втулка 5 перемещается до нижнего переводника 24 - без осложнений осуществляется круговая фиксация при их зацеплении торцовыми поверхностями 25 и

26 с треугольной формой зубцов. Одновременно происходит осевая фиксация срезной втулки 5 пружинным кольцом 27 в кольцевой проточке. образованной конусной муфтой 17 и с торцов конусной втулкой

16 и корпусом 1 (фиг.4). Кроме того. срезная втулка 5 в крайнем нижнем положении перекрывает не только цементировочные отверстия 3 корпуса 1, но и продолжает перекрывать цементировочные отверстия 2 корпуса 1, Скважину оставляют на ОЗЦ.

По окончании ОЗЦ продавочную пробку

23, посадочную втулку 22, запорный элемент 24 и посадочное седло 6 разбуривают.

При этом не происходит кругового и осевого перемещений срезной втулки 5, что способФормула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТУПЕНЧАТОГО

ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ ОБСАДНОЙ КОЛОННЪ|, включающее полый корпус с цементировочными отверстиями верхнего и нижнего уровней, герметизатор заколонного пространства, помещенный снаружи корпуса и образующий с ним рабочую по- 40 лость, срезную втулку с посадочным седлом под запорный элемент и циркуляционными каналами верхнего и нижнего уровней, сообщающими полость корпуса под посадочным седлом с внеш- 45 ним пространством через цементировочные отверстия верхнего уровня и полость корпуса над посадочным седлом с рабочей полостью, ряд срезных элементов, установленных под срезной втулкой, фиксатор 50 конечного положения срезной втулки, нижний и верхний переводники и продавочную пробку, отличающееся тем, что оно снабжено конусной муфтой, установленной

55 ствует сохранению своих функций уплотнительными кольцами 29.

Технико-экономическая эффективность устройства для ступенчатого цементирования заключается в повышении качества крепления скважины за счет повышения надежности герметизации заколонного пространства механическим паке ром, надежного совмещения циркуляционных и цементировочных каналов, а также перекрытия цементировочных отверстий корпуса одной срезной втулкой, причем при наличии по окончании цементирования в рабочих полостях нижнего и верхнего уровней тампонажного раствора. Поэтому исключаются осложнения и аварийные ситуации в процессе цементирования, а при эксплуатации скважины уменьшится количество проводимых ремонтно=иэоляционных работ, так как цементный раствор в полостях существенно замедлит коррозию срезной втулки, разобщающей колонное и заколонное пространства, (56) Авторское свидетельство СССР

3Ф 920196, кл. E 21 В ЗЗ/14, 1982.

Авторское свидетельство СССР

М 1569401, кл. Е 21 В 33/14, 1990. снаружи корпуса и жестко связанной с последним, конусным патрубком, жестко связанным с внутренней поверхностью верхнего переводника и выполненным под конусную муфту, и толкателем, жестко связанным с наружной поверхностью верхнего переводника, перекрывающим снаружи корпус с конусной втулкой и выполненным с радиальными отверстиями напротив цементировочных отверстий верхнего уровня, полыми срезными элементами, фиксирующими его относительно конусной муфты и с возможностью взаимодействия с герметизатором заколонного пространства, а срезная втулка выполнена с циркуляционными отверстиями над ее посадочным седлом с возможностью совмещения с цементировочными отверстиями корпуса верхнего уровня и полостями срезных элементов в рабочем положении устройства, при этом взаимодействующие торцевые поверхности срезной втулки и нижнего переводника выполнены зубчатыми треугольной формы.

2004777

f8

10

2004777

Ю.5

Риг. У

Составитель Н.Петров

Техред М.Моргентэл Корректор С.Шекмар

Редактор Е.Полионова

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

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

Заказ 3389

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