Устройство для установки хвостовика обсадной колонны в скважине

 

Изобретение относится к области строительства скважин различного назначения, например, нефтяных или газовых, в частности к установке (спуску) в эти скважины хвостовиков обсадных колонн с их последующим цементированием. Техническим результатом изобретения является повышение надежности работы устройства за счет снижения времени на приведение устройства в рабочее положение и уменьшение количества исполнительных элементов для привода устройства в рабочее положение. Сущность изобретения: устройство включает корпус с окнами, связанный с транспортировочной колонной, воронку с карманом на ее внутренней поверхности, связанную с хвостовиком. В кармане воронки и окнах корпуса помещены грузонесущие упоры, фиксирующие последний относительно воронки, дифференциальную втулку, связанную с корпусом срезными элементами, изолирующую внутреннюю полость корпуса от внешнего пространства и обеспечивающую возможность расфиксации корпуса относительно воронки при ее осевом перемещении с одновременным сообщением внутренней полости корпуса с внешним пространством. Согласно изобретению корпус выполнен составным и с наружным уступом, образующим продольный кольцевой карман на наружной поверхности корпуса. Этот корпус с внутренней поверхностью воронки образует кольцевую полость, сообщенную с кольцевым карманом. Дифференциальная втулка размещена в кольцевой полости и кольцевом кармане и имеет на части наружной боковой поверхности коническую поверхность. Она взаимодействует с внутренней боковой поверхностью грузонесущих упоров. Упоры выполнены с ответными коническими поверхностями под коническую поверхность дифференциальной втулки. Корпус выполнен с радиальными отверстиями, гидравлически сообщающими внутреннюю полость корпуса с кольцевой полостью. Окна выполнены в наружном уступе корпуса. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области строительства скважин различного назначения, например, нефтяных или газовых, в частности к установке (спуску) в эти скважины хвостовиков обсадных колонн с их последующим цементированием.

Известно устройство для установки хвостовика обсадной колонны в скважине, включающее хвостовик с воронкой и транспортировочную колонну с ниппелем, который связан с муфтой резьбой [1].

Недостатком известного устройства является то, что с его применением исключается возможность вращения хвостовика при его спуске и цементировании.

Известно устройство для установки хвостовика обсадной колонны в скважине, включающее хвостовик с воронкой и транспортировочную колонну с ниппелем, который связан с муфтой при помощи грузонесущих упоров (кулачков) [2].

Недостатком данного устройства является его сложность, возможность прихвата транспортировочной колонны цементным раствором, а также необходимость разгрузки хвостовика на забой скважины для его отсоединения от транспортировочной колонны.

Наиболее близким аналогом изобретения является устройство для установки хвостовика обсадной колонны в скважине, включающее корпус с окнами, связанный с транспортировочной колонной, воронку с карманом на ее внутренней поверхности, связанную с хвостовиком, грузонесущие упоры, помещенные в кармане воронки и проточке корпуса и фиксирующие последний относительно воронки, дифференциальную втулку, связанную с корпусом срезными элементами, изолирующую внутреннюю полость корпуса от внешнего пространства и обеспечивающую возможность расфиксации корпуса относительно воронки при ее осевом перемещении с одновременным сообщением внутренней полости корпуса с внешним пространством [3].

Недостатком наиболее близкого аналога является необходимость применения бросового элемента (например, шара) для приведения устройства в рабочее положение. На перемещение бросового элемента в транспортировочной колонне и в среде бурового раствора с реологическими свойствами требуется довольно значительное время (иногда до 40-60 мин), что при закачанном цементном растворе в затрубное пространство хвостовика и выше него (с запасом) в затрубное пространство транспортировочной колонны представляет определенную опасность по прихвату транспортировочной колонны цементом, схватывающимся без движения и в условиях повышенной температуры на забое скважины. Кроме того, с применением известного устройства могут возникнуть сложности в разъединении транспортировочной колонны и хвостовика при негерметичной посадке приводного элемента на посадочное седло (из-за невозможности создания необходимого давления).

Техническим результатом изобретения является повышение надежности работы устройства за счет снижения времени на приведение устройства в рабочее положение и уменьшение количества исполнительных элементов для привода устройства в рабочее положение.

Необходимый технический результат достигается тем, что в устройстве для установки хвостовика обсадной колонны в скважине, включающем корпус с окнами, связанный с транспортировочной колонной, воронку с карманом на ее внутренней поверхности, связанную с хвостовиком, грузонесущие упоры, помещенные в кармане воронки и окнах корпуса и фиксирующие последний относительно воронки, дифференциальную втулку, связанную с корпусом срезными элементами, изолирующую внутреннюю полость корпуса от внешнего пространства и обеспечивающую возможность расфиксации корпуса относительно воронки при ее осевом перемещении с одновременным сообщением внутренней полости корпуса с внешним пространством, отличающемся тем, что корпус выполнен составным и с наружным уступом, образующим продольный кольцевой карман на наружной поверхности корпуса, который с внутренней поверхностью воронки образует кольцевую полость, сообщенную с продольным кольцевым карманом, а дифференциальная втулка размещена в кольцевой полости и продольном кольцевом кармане и имеет на части наружной боковой поверхности коническую поверхность, взаимодействующую с внутренней боковой поверхностью грузонесущих упоров, выполненных с ответными коническими поверхностями под коническую поверхность дифференциальной втулки, при этом корпус выполнен с радиальными отверстиями, гидравлически сообщающими внутреннюю полость корпуса с кольцевой полостью, а окна выполнены в наружном уступе корпуса.

Кроме того: корпус в нижней части имеет подвесную цементировочную пробку, зафиксированную на корпусе срезными элементами; радиальные отверстия корпуса служат для отмывки порции цементного раствора выше воронки хвостовика; корпус ниже кольцевой полости имеет продольные шлицевые пазы, а воронка на ее наружной поверхности имеет ответные продольные шлицевые выступы, взаимодействующие с продольными шлицевыми пазами; коническая поверхность дифференциальной втулки имеет угол, не превышающий угла трения; коническая поверхность дифференциальной втулки имеет угол, не превышающий 11^o.

На фиг.1 изображен общий вид устройства.

На фиг.2 изображено его сечение по дублирующему узлу разъединения.

Устройство включает корпус 1 с окнами 2, связанный с транспортировочной колонной через ее переводник 3, воронку 4 с карманом 5 на ее внутренней поверхности, связанную с хвостовиком 6, грузонесущие упоры 7, помещенные в кармане 5 воронки 4 и окнах 2 корпуса 1 и фиксирующие последний относительно воронки 4, дифференциальную втулку 8, связанную с корпусом 1 срезными элементами 9. Корпус 1 выполнен составным (например, из верхнего "А" и нижнего "Б" цилиндрических патрубков, связанных между собой резьбой "С"), с кольцевым продольным (продольным оси корпуса) карманом 10 на его наружной поверхности, и образует с внутренней поверхностью воронки 4 кольцевую полость 11, сообщенную с продольным кольцевым карманом 10. При этом дифференциальная втулка 8 размещена в кольцевой полости 11 и продольном кольцевом кармане 10 и имеет на части наружной боковой поверхности (например, нижней) коническую поверхность 12. Эта поверхность взаимодействует с внутренней боковой поверхностью грузонесущих упоров 7, выполненных с ответными коническими поверхностями под коническую поверхность дифференциальной втулки 8. Дифференциальная втулка 8 изолирует внутреннюю полость 13 корпуса 1 от внешнего пространства. При этом корпус 1 выполнен с радиальными отверстиями 14. Эти отверстия гидравлически сообщают внутреннюю полость 13 корпуса 1 с частью кольцевой полости 11 под дифференциальной втулкой 8. Окна 2 выполнены в наружном уступе 15 корпуса, который образует продольный кольцевой карман 10 на наружной поверхности корпуса. Устройство имеет также защитный кожух 16 с боковым отверстием 17. Этот кожух образует с корпусом 1, переводником 3 и дифференциальной втулкой 8 дополнительную кольцевую полость 18, гидравлически связанную через боковые отверстия 17 с внешним пространством. Дифференциальная втулка 8 выполнена с уплотнительными кольцами 19. Воронка в верхней ее части выполнена с внутренней конической проточкой 20.

Корпус в нижней части может иметь подвесную цементировочную пробку, зафиксированную на корпусе срезными элементами (на чертеже условно не показаны).

Кроме того, корпус 1 ниже кольцевой полости 11 имеет продольные шлицевые пазы 21, а воронка на ее наружной поверхности имеет ответные продольные шлицевые выступы 22, взаимодействующие с вышеупомянутыми продольными шлицевыми пазами. Продольные шлицевые пазы 21 и ответные шлицевые выступы образуют шлицевое соединение.

Хвостовик может быть оснащен якорным узлом, для обеспечения фиксации хвостовика на стенках скважины в подвешенном состоянии, и пакером для герметизации заколонного пространства хвостовика. Якорный узел и пакер на чертеже условно не показаны.

Устройство работает следующим образом.

Для установки хвостовика обсадной колонны в скважине на заданной глубине осуществляют вначале спуск обсадных колонн, составляющих собственно хвостовик 6. Хвостовик подвешивают на устье скважины. В верхней части хвостовика 6 закрепляют воронку 4. Затем в воронке 4 фиксируют транспортировочную колонну с помощью грузонесущих упоров (выдвижных) 7. Эти упоры в транспортном положении устройства, когда хвостовик обсадной колонны жестко связан с транспортировочной колонной, фиксируют с помощью дифференциальной втулки 8.

В оптимальном варианте в верхней части хвостовика 6 закрепляют узел, собранный в заводских условиях и включающий в себя корпус 1, воронку 4 и все промежуточные между ними элементы. В этом случае вначале в верхней части хвостовика закрепляют готовый узел с помощью воронки 4, а затем к корпусу 1 с помощью переводника 3 подсоединяют транспортировочную колонну.

После этого на транспортировочной колонне осуществляют спуск хвостовика в скважину на заданную глубину. При этом представляется возможным вращать трубы хвостовика, в случае осложнений в стволе скважины (при посадках хвостовика на стенки скважины). Возможность вращения обеспечивает тип соединения хвостовика и транспортировочной колонны (с помощью шлицевого соединения и грузонесущих упоров). После установки хвостовика в скважине осуществляют его цементирование. Для этого используют подвесную цементировочную пробку, зафиксированную на корпусе. Во время цементирования хвостовика, как и во время его спуска в скважину, представляется возможным вращение хвостовика. Это бывает необходимо для обеспечения качества цементирования (полноты замещения бурового раствора в скважине цементным раствором и образования герметичного цементного кольца в затрубном пространстве хвостовика). В ряде случаев цементирование хвостовика не осуществляют.

В типичном случае по окончании цементирования поднимают избыточное давление в полости корпуса 1 и приводят последовательно в действие технологическую оснастку в составе хвостовика, в частности якорного узла и пакера. Затем дальнейшим повышением давления до расчетной величины производят срез срезных элементов 9. В результате происходит перемещение дифференциальной втулки 8 в верхнее положение. Верхняя часть дифференциальной втулки 8 перемещается в дополнительной кольцевой полости 18, вытесняя жидкость из этой полости через боковые отверстия 17. В связи с тем, что коническая поверхность дифференциальной втулки имеет угол, не превышающий угла трения (не превышающий 11^o), грузонесущие упоры 7 убираются в продольный кольцевой карман 10 корпуса 1 через его окна 2. При этом они выходят из кармана 5 воронки 4, а уплотнительные кольца 19 оказываются в районе конической проточки 20. Происходит расфиксация корпуса 1 относительно воронки 4, при ее осевом перемещении дифференциальной втулки 8, с одновременным сообщением внутренней полости 13 корпуса 1 с внешним пространством. Это сопровождается падением давления в корпусе 1. Падение давления свидетельствует о том, что произошло отсоединение хвостовика от транспортировочной колонны. В то же время это свидетельствует о том, что внутренняя полость 13 корпуса гидравлически сообщена с внешним пространством и что может быть осуществлена отмывка (срезка) лишних порций цементного раствора в заколонном пространстве транспортировочной колонны. Для этого осуществляют промывку скважины буровым раствором через радиальные отверстия 14 во избежание прихвата схватывающимся цементом транспортировочной колонны.

После промывки скважины транспортировочную колонну с корпусом и прочими узлами извлекают из скважины. В скважине остается только собственно хвостовик с воронкой в его верхней части. Ожидают затвердевание цемента в заколонном пространстве хвостовика. На этом установка хвостовика в скважине считается законченной.

Источники информации 1. Булатов А. И. и др. Справочник инженера по бурению, т.3, Москва, Недра, 1995, стр. 145-147.

2. Булатов А. И. и др. Справочник инженера по бурению, т.3, Москва, Недра, 1995, стр. 149-151.

3. Авторское свидетельство СССР 1265289, кл. Е 21 В 33/14, 23.10.1986.

Формула изобретения

1. Устройство для установки хвостовика обсадной колонны в скважине, включающее корпус с окнами, связанный с транспортировочной колонной, воронку с карманом на ее внутренней поверхности, связанную с хвостовиком, грузонесущие упоры, помещенные в кармане воронки и окнах корпуса и фиксирующие последний относительно воронки, дифференциальную втулку, связанную с корпусом срезными элементами, изолирующую внутреннюю полость корпуса от внешнего пространства и обеспечивающую возможность расфиксации корпуса относительно воронки при ее осевом перемещении с одновременным сообщением внутренней полости корпуса с внешним пространством, отличающееся тем, что корпус выполнен составным и с наружным уступом, образующим продольный кольцевой карман на наружной поверхности корпуса, который с внутренней поверхностью воронки образует кольцевую полость, сообщенную с продольным кольцевым карманом, а дифференциальная втулка размещена в кольцевой полости и продольном кольцевом кармане и имеет на части наружной боковой поверхности коническую поверхность, взаимодействующую с внутренней боковой поверхностью грузонесущих упоров, выполненных с ответными коническими поверхностями под коническую поверхность дифференциальной втулки, при этом корпус выполнен с радиальными отверстиями, гидравлически сообщающими внутреннюю полость корпуса с кольцевой полостью, а окна выполнены в наружном уступе корпуса.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что корпус в нижней части имеет подвесную цементировочную пробку, зафиксированную на корпусе срезными элементами.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что радиальные отверстия корпуса служат для отмывки порции цементного раствора выше воронки хвостовика.

4. Устройство по одному из пп.1-3, отличающееся тем, что корпус ниже кольцевой полости имеет продольные шлицевые пазы, а воронка на ее наружной поверхности имеет ответные продольные шлицевые выступы, взаимодействующие с продольными шлицевыми пазами.

5. Устройство по одному из пп.1-4, отличающееся тем, что коническая поверхность дифференциальной втулки имеет угол, не превышающий угла трения.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что коническая поверхность дифференциальной втулки имеет угол, не превышающий 11^o.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2