Устройство для цементирования обсадных колонн

 

Использование: цементирование обсадных колонн при креплении скважин, содержащих буровой раствор с высоким содержанием твердой фазы. Сущность изобретения: устройство содержит перекрывающий перфорированный элемент, выполненный в виде патрубка с воронкой на верхнем конце, конусным сужением на нижнем и седлом под тросовый запорный элемент, канал втулки, расположенный по оси и выполненный с посадочной конической поверхностью, соответствующей конусному сужению нижнего конца патрубка. 2 ил.

Изобретение относится к креплению глубоких скважин, более конкретно к устройствам для цементирования обсадных колонн.

Известно устройство для цементирования обсадных колонн, включающее корпус со ступенчатой внутренней поверхностью, втулку с каналами, подпружиненную относительно уступа корпуса, и перекрывающий перфорированный элемент [1] Данное устройство не целесообразно применять в тех случаях, когда ожидается длительное время промывки (например, в условиях бездорожья, когда не всегда можно своевременно доставить цементировочную технику на скважину) и детали устройства могут быть размыты. При наличии высокого содержания твердой фазы в буровом растворе устройство также не желательно применять из-за опасности заклинки его деталей в корпусе. Все это снижает область применения устройства.

Целью изобретения является расширение области применения устройства.

Достигается это тем, что в устройстве для цементирования обсадных колонн, включающем корпус со ступенчатой внутренней поверхностью, втулку с каналами, подпружиненную относительно уступа корпуса, и перекрывающий перфорированный элемент, последний выполнен в виде патрубка с воронкой на верхнем конце, конусным сужением на нижнем и седлом под бросовый запорный элемент, а канал втулки расположен по оси и выполнен с посадочной конической поверхностью, соответствующей конусному сужению нижнего конца патрубка.

На фиг. 1 изображено устройство в исходном положении; на фиг.2 то же, в рабочем положении.

Устройство состоит из корпуса 1 со ступенчатой внутренней поверхностью, образующей уступ 2, втулки 3, подпружиненной относительно уступа 2 корпуса 1 с помощью пружины 4, и перекрывающего перфорированного элемента 5. Втулка 3 имеет канал 6, расположенный по оси и выполненный с посадочной конической поверхностью, соответствующей конусному сужению нижнего конца элемента 5, выполненного в виде патрубка с воронкой 7 на верхнем конце. Патрубок 5 имеет внутри нижней части седло 8 под бросовый запорный элемент 9. В патрубке 5 имеются боковые промывочные окна 10. Такие же окна 11 выполнены и в воронке 7. Благодаря воронке 7 все посторонние предметы, имеющиеся в цементном или буровом растворе, направляются внутрь патрубка 5. В результате во время промывки скважины, когда седло 8 не перекрыто запорным элементом 9, посторонние предметы свободно проходят через устройство и уходят в заколонное пространство. Во время цементирования обсадной колонны, когда седло 8 перекрыто (фиг.2), посторонние предметы остаются в патрубке 5. Уступ 3 выполнен в виде кольца, укрепленного в корпусе 1 с помощью срезных элементов 12.

Устройство работает следующим образом.

Во время спуска обсадной колонны устройство устанавливают в ее нижней части выше обратного клапана, но ниже упорного кольца-стоп.

После спуска обсадной колонны в скважину производят промывку до полного выравнивания всех параметров бурового раствора. Чтобы не вызвать осложнений во время промывки скважины, при этом должно выполняться условие: скорость движения бурового раствора в заколонном пространстве не должна превышать максимальную скорость подъема бурового раствора во время бурения скважины.

Окончив промывку, в обсадную колонну забрасывают бросовый запорный элемент 9 и начинают закачивать цементный раствор. Как только элемент 9 дойдет до седла 8, он перекроет его канал. В результате над устройством начинает повышаться давление. Как только давление сверху превысить заданную величину, его силой, воздействующей на втулку 3, начинает сжимать пружину 8. Втулка 3 опускается вниз, ниже конусного конца патрубка 5. При этом образуется кольцевой канал между конусным сужением нижнего конца патрубка 5 и конической поверхностью втулки 3. Через этот канал "в" раствор начинает поступать из кольцевого пространства "г", образованного внутренней поверхностью корпуса 1 и наружной поверхностью патрубка 5, в нижнюю часть обсадной колонны и далее в заколонное пространство. В кольцевое пространство "г" раствор поступает через окна 11 в воронке 7 и промывочные окна 10 в боковой стенке патрубка 5. Содержащиеся в циркулирующем растворе посторонние предметы не проходят через окна 10 и 11, а по наклонной поверхности воронки 7 направляются внутрь патрубка 5, который при этом выполняет роль фильтра. В результате предотвращается возможность закупорки устройства и обеспечивается безаварийное ведение работ.

В процессе прохождения раствора через устройство канал "в" постоянно изменяет свое сечение. При увеличении производительности увеличиваются гидравлические сопротивления при прохождении раствора через канал "в". При этом увеличивается сила воздействия на втулку 3, которая сильнее сжимает пружину 4. Это приводит к увеличению канала "в" в размерах. Как результат, снижаются гидравлические сопротивления, приводящие к снижению силы воздействия на втулку 3. Сжатая пружина приподнимает втулку 3 вверх. Это приводит вновь к уменьшению кольцевого канала "в" и механизм изменения положения деталей устройства повторяется. Таким образом, производится автоматическое регулирование величины перепада давления при прохождении раствора через устройство. Но во всех случаях величины перепада давления будет не меньше силы упругости пружины 4, которая подбирается в зависимости от условий цементирования обсадной колонны. В процессе цементирования скважины контроль за ходом работ осуществляют по давлению и производительности. При необходимости в названные параметры вносят соответствующие коррективы. После окончания продавки цементного раствора и получения "стоп" процесс цементирования обсадной колонны заканчивается.

Применение устройства позволяет повысить качество цементирования обсадных колонн за счет устранения осложнений при этом: поглощений цементного раствора и эрозии стенок скважины.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ ОБСАДНЫХ КОЛОНН, включающее корпус со ступенчатой внутренней поверхностью, втулку с каналами, подпружиненную относительно уступа корпуса, и перекрывающий перфорированный элемент, отличающееся тем, что с целью расширения области применения устройства, перекрывающий перфорированный элемент выполнен в виде патрубка с воронкой на верхнем конце, конусным сужением на нижнем и седлом под бросовый запорный элемент, а канал втулки расположен по оси и выполнен с посадочной конической поверхностью, соответствующей конусному сужению нижнего конца патрубка.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2