Устройство для ступенчатого цементирования скважин

 

Использование: в бурении скважин, в частности в устройствах для их ступенчатого цементирования. Обеспечивает повышение качества цементирования скважин вертикальных, наклонных и горизонтальных и упрощает спуско-подъемные операции с насосно-компрессорными трубами. Сущность изобретения: устройство включает корпус и кожух с цементировочными отверстиями. Они образуют кольцевую полость. В полости помещены запорный золотник и втулка. Запорный золотник подпружинен верхним торцом к втулке. Она выполнена упорной и размещена в верхней части полости. Запорный золотник зафиксирован в кожухе. Цементировочные отверстия в кожухе выполнены над верхним торцом подпружиненного запорного золотника. В нижней части устройства помещены кольцевой поршень и пакерующий элемент. Кольцевой поршень расположен вне кожуха и соединен с втулкой. Она установлена на корпусе. Надпоршневое пространство кольцевого поршня сообщено с внутритрубным пространством. 3 ил.

Изобретение относится к бурению скважин, в частности, к устройствам для ступенчатого цементирования.

Известно устройство для ступенчатого цементирования эксплуатационных колонн, включающее корпус, кожух с цементировочными отверстиями, запорный золотник и кольцевой поршень, размещенные между корпусом и кожухом, пакерующий элемент в нижней части, втулку с посадочным седлом в корпусе [1] Недостатком этого устройства является неравнопроходное сечение, что приводит к зацеплению муфтовой части насосно-компрессорных труб при спуско-подъемных операциях, зачастую приводящих к аварийной ситуации. Кроме того, принцип падающей пробки ("бомбы") для открытия заливочных отверстий неприменим в наклонных и горизонтальных скважинах.

Известно устройство для ступенчатого цементирования скважин, включающее корпус с переводниками и кожух с цементировочными отверстиями, установленные между корпусом и кожухом запорный золотник, дифференциальную втулку и кольцевой поршень, опирающийся на эластичный пакерующий элемент. Внутри корпуса размещена срезная втулка, на внутренней поверхности корпуса выполнен выступ [2] Недостатком устройства является то, что его внутреннее сечение меньше внутреннего сечения обсадной колонны, что препятствует нормальному спуску насосно-компрессорных труб в скважину. Кроме того, наличие срезной втулки и падающей пробки, предопределяющие их последующее разбуривание, может привести к нарушению цементного кольца в затрубном пространстве и, как следствие, к ухудшению качества цементирования. Еще одним недостатком известного устройства является невозможность использовать его при цементировании наклонных и горизонтальных скважин.

Также наличие громоздкого корпуса (по всей длине устройства) и разбуриваемых деталей свидетельствуют о сложности конструкции и значительной металлоемкости известного устройства.

Таким образом, появилась проблема сконструировать такое устройство, которое при своей простоте и надежности, обеспечивало бы необходимое качество цементирования как вертикальных, так и наклонных и горизонтальных скважин и, кроме того, облегчило бы спуско-подъемные операции с насосно-компрессорными трубами.

Указанную проблему решает предлагаемое устройство для ступенчатого цементирования скважин, включающее корпус и кожух с цементировочными отверстиями, образующими кольцевую полость, запорный золотник и втулку, размещенные в полости, кольцевой поршень и пакерующий элемент, установленные в нижней части устройства, цементировочные пробки и верхний и нижний переводники, в котором согласно изобретению запорный золотник подпружинен верхним торцом к втулке, выполненной упорной и размещенной в верхней части полости и зафиксирован в кожухе, а цементировочные отверстия в кожухе выполнены над верхним торцом подпружиненного запорного золотника, при этом кольцевой поршень установлен на корпусе вне кожуха и соединен с втулкой, установленной на корпусе и сообщенной с внутритрубным пространством.

Выполнение запорного золотника подпружиненным верхним торцом к упорной втулке со средствами фиксации и с цементировочными отверстиями в кожухе, расположенными выше верхнего торца золотника наделяют эту часть устройства, расположенную в полости, функциями запорного клапана, осуществляющего перекрытие, открытие и повторное перекрытие каналов сообщения внутритрубного пространства с затрубным, что позволяет отказаться от разбуриваемых внутренних деталей с сохранением номинального внутреннего диаметра обсадной колонны и в конечном итоге, сохраняет качество цементирования и облегчает спуско-подъемные операции.

Кроме того, отсутствие разбуриваемых узлов и деталей позволяет при необходимости проводить цементирование скважины в две и более ступеней.

Размещение кольцевого поршня вне кожуха упрощает конструкцию и уменьшает металлоемкость.

На фиг. 1 изображено устройство в транспортном положении, общий вид; на фиг. 2 то же, в момент запакеровки, открытия цементных отверстий и начала цементирования скважины; на фиг. 3 то же, в момент окончания цементирования и закрытия цементировочных отверстий, продольный разрез.

Предлагаемое устройство состоит из корпуса 1 с концевыми переводниками 2 и 3. Снаружи вдоль корпуса размещены кожух 4 и кольцевой поршень клин 5. В полости между корпусом 1 и кожухом 4 установлен запорный золотник 6, подпружиненный пружиной 7 к упорной втулке 8 и зафиксированный срезным штифтом 9. Нижняя часть кожуха перекрыта глухой пробкой 10. Ниже запорного золотника в полости размещены разрезное стопорное кольцо 11, уплотнительное кольцо 12, а также выполнен выступ 13. Выше запорного золотника в кожухе расположены циркуляционные цементировочные отверстия 14 и 15. Поршень-клин 5 в верхней части присоединен срезными штифтами 16 к втулке 17, а в нижней части опирается на эластичный пакерующий элемент 18. Внутренняя полость корпуса 1 связана отверстиями 19 и 20 с втулкой 17 и кожухом 4 соответственно. Устройство снабжено цементировочной пробкой 21 с осевым каналом, перекрытым диафрагмой 22.

Устройство работает следующим образом.

После спуска обсадной колонны вместе с предлагаемым устройством в скважину производят цементирование первой ступени, т.е. цементный раствор продавливают с помощью цементировочной пробки в затрубное пространство до верхней части устройства. После посадки цементировочной пробки первой ступени на кольцо "стоп" внутри обсадной колонны создают избыточное давление 5,5 6,0 МПа, под действием которого срезаются штифты 16 и освобождается клин 5, который опускается вниз и прижимает пакерующий элемент 18 к стенкам скважины. Далее повышают избыточное давление до 8,5 9,0 МПа, под действием которого срезаются штифты 9 и освобождается запорный золотник 6, который, перемещаясь вверх, открывает отверстия 14. При этом цементный раствор из затрубного пространства под действием внутритрубного давления вымывается на устье скважины. Одновременно производится закачивание и продавливание цементного раствора второй ступени цементировочной пробкой 21. При достижении пробкой 21 отверстий 20 и перекрытия их давление внутри колонны повышается и процесс продавливания прекращается. Затем давление внутри колонны сбрасывают. При этом запорный золотник 6 под действием собственного веса, усилия пружины 7 и давления столба цементного раствора в затрубном пространстве перемещается вниз до упора с выступом 13 и стопорится разрезным стопорным кольцом 11.

В последующем после времени ОЗЦ (ожидание застывания цемента) спускают колонну насосно-компрессорных труб (НКТ), создают усилие на запорную цементировочную пробку 21, при этом разрывная диафрагма 22 рвется и цементировочная пробка продавливается на забой, а жидкость изливается через НКТ на устье скважины.

Предлагаемое изобретение не имеет разбуриваемых узлов и деталей, что уменьшает энергоемкость процесса цементирования и улучшает его качество. Использование устройства облегчает спуско-подъемные операции с насосно-компрессорными трубами. Устройство универсально и успешно применяется как в вертикальных, так и в наклонных и горизонтальных скважинах. Простота конструкции обеспечивают надежность его работы, а также уменьшение металлоемкости при его изготовлении.

Кроме того, отсутствие разбуриваемых узлов и деталей позволяет при необходимости проводить цементирование скважины в две и более ступеней, что значительно удешевляет процесс строительства скважины.

Формула изобретения

Устройство для ступенчатого цементирования скважин, включающее корпус и кожух с цементировочными отверстиями, образующими кольцевую полость, запорный золотник и втулку, размещенные в полости, кольцевой поршень и пакерующий элемент в нижней части устройства, цементировочные пробки и верхний и нижний переходники, отличающееся тем, что запорный золотник подпружинен верхним торцом к втулке, выполненной упорной и размещенной в верхней части полости, и зафиксирован в кожухе, а цементировочные отверстия в кожухе выполнены над верхним торцом подпружиненного запорного золотника, при этом кольцевой поршень расположен вне кожуха и соединен с втулкой, установленной на корпусе, а надпоршневое пространство кольцевого поршня сообщено с внутритрубным пространством.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3