Муфта для ступенчатого цементирования обсадной колонны

 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано при цементировании обсадных колонн в две стадии в нефтяных и газовых скважинах. Обеспечивает упрощение конструкции, низкую металлоемкость, высокую работоспособность и надежность герметизации. Сущность предложения: муфта включает корпус с радиальными цементировочными отверстиями, уплотнительные кольца, кожух-втулку, расположенный с наружной стороны корпуса и образующий с ним кольцевую полость. В последней находится дополнительная втулка, соединенная с корпусом срезными элементами. Нижнюю часть кольцевой полости с внутренним пространством корпуса соединяют радиальные каналы. Согласно изобретению кожух-втулка жестко соединен с корпусом. Дополнительная втулка снабжена радиальными каналами, соединяющими через цементировочные отверстия внутреннее пространство корпуса с заколонным пространством скважины в момент промывки и закачки цементного раствора второй ступени. Внутри корпуса установлен шибер. Последний соединен срезными элементами с опорной втулкой, упирающейся в верхний торец корпуса. Последний выполнен с кольцевым уступом, расположенным на внутренней поверхности ниже цементировочных отверстий. 1 ил.

Предложение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано при цементировании обсадных колонн в две стадии в нефтяных и газовых скважинах.

Известна муфта для ступенчатого цементирования, включающая корпус с радиальными цементировочными отверстиями и радиальными каналами, подвижные втулку и толкатель и подпружиненную кольцевую перегородку (1).

Недостатки устройства: сложность конструкции, обусловленная наличием большого количества деталей; наличие пружины большого диаметра вызывает необходимость увеличения габаритных размеров устройства; кроме того, пружина плохо работает в цементной среде; большое количество уплотнительных элементов и движущихся деталей снижают надежность герметизации и работоспособность устройства. Есть реальная возможность соприкосновения подвижной втулки со стенкой скважины, что приведет устройство в неработоспособное состояние.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является муфта для ступенчатого цементирования, включающая корпус с радиальными цементировочными отверстиями, кожух-втулку, расположенный с наружной стороны корпуса и образующий с ним кольцевую полость, дополнительную втулку, находящуюся в этой полости и соединенную с корпусом срезными элементами, радиальные каналы в корпусе, соединяющие нижнюю часть кольцевой полости с внутренним пространством корпуса, и уплотнительные элементы.

Существенными недостатками устройства являются сложность конструкции; множество движущихся деталей и уплотнительных элементов, снижающих работоспособность и надежность герметизации; наружное расположение дифференциальной втулки 4 может привести к а) преждевременному ее сдвигу вверх и невозможности проведения операции по закачке цементного раствора первой ступени; б) образованию выше нее сальника и невозможности ее сдвинуть; в) соприкосновению со стенкой скважины, что приведет устройство в неработоспособное состояние; большие габариты, а отсюда большая металлоемкость.

Задачей изобретения является создание цементировочной муфты упрощенной конструкции, имеющей низкую металлоемкость и обладающей высокой работоспособностью и надежностью герметизации.

Указанная задача решается предлагаемой муфтой, включающей корпус с радиальными цементировочными отверстиями, кожух-втулку, расположенный с наружной стороны корпуса и образующий с ним кольцевую полость, дополнительную втулку, находящуюся в этой полости и соединенную с корпусом срезными элементами, радиальные каналы в корпусе, соединяющие нижнюю часть кольцевой полости с внутренним пространством корпуса, и уплотнительные кольца.

Новым является то, что кожух-втулка соединен с корпусом жестко, а дополнительная втулка снабжена радиальными каналами, соединяющими через цементировочные отверстия внутреннее пространство корпуса с заколонным пространством скважины в момент промывки и закачки цементного раствора второй ступени; муфта снабжена шибером, установленным внутри корпуса и соединенным срезными элементами с опорной втулкой, упирающейся в верхний торец корпуса, причем последний выполнен с кольцевым уступом, расположенным на внутренней поверхности ниже цементировочных отверстий.

На фиг. изображено предлагаемое устройство в продольном разрезе.

Оно состоит из корпуса 1 с радиальными цементировочными отверстиями 2 и радиальными каналами 3. На корпусе находится жестко соединенный с ним кожух-втулка 4, образующий с корпусом кольцевую полость 5, в которой расположена дополнительная втулка 6, соединенная с корпусом срезными элементами 7 и снабженная радиальными каналами 8. В верхней части корпуса 1 установлен шибер 9, соединенный срезными элементами 10 с опорной втулкой 11. Сопрягаемые поверхности муфты снабжены уплотнительными кольцами 12.

Муфта работает следующим образом.

Обсадную колонну 13 с башмаком 14, цементировочным клапаном 15 и стоп-кольцом 16, в которой установлена предлагаемая цементировочная муфта, спускают в скважину до проектной глубины с таким расчетом, чтобы муфта находилась выше продуктивного пласта примерно на 150-200 м. Затем по обычной технологии закачивают цементный раствор первой ступени, исходя из того, чтобы муфта была перекрыта раствором выше на 40-50 м. При окончании цементирования нижняя продавочная пробка 17 садится на стоп-кольцо 16, давление в колонне 13 резко повышается, под воздействием которого срезные элементы 7 разрушаются и дополнительная втулка 6 поднимается вверх до упора в торец муфты 18. При этом отверстия 2 и каналы 8 сообщаются друг с другом. После этого промывкой через отверстия 2 и каналы 8 удаляют цементный раствор, находящийся выше цементировочной муфты. После ОЗЦ (ожидание затвердевания цемента) закачивают цементный раствор второй ступени. При окончании продавки верхняя продавочная пробка 19 садится на шибер 9, давление резко поднимается, срезные элементы 10 разрушаются, и шибер опускается вниз до упора в кольцевой уступ 20, перекрывая при этом изнутри цементировочные отверстия 2. Давление опять резко поднимается, что подтверждает окончание цементирования. Давление на устье скважины снижают до нуля, после чего под воздействием перепада давления между внутриколонным и заколонным пространствами втулка 6 опускается вниз и герметично перекрывает цементировочные отверстия 2 с наружной стороны корпуса.

После ОЗЦ шибер 9 (изготовлен из чугуна) и верхнюю цементировочную пробку 19 разбуривают.

Предлагаемая цементировочная муфта имеет простейшую конструкцию и низкую металлоемкость, обладает высокой работоспособностью и надежной герметизацией.

Использованная информация

1. А.С. №1779742, МПКЕ 21 В 33/14, 1992 (аналог).

2. А.С. №1765367, МПК Е 21 В 33/14, 1992 (прототип).

Формула изобретения

Муфта для ступенчатого цементирования обсадной колонны, включающая корпус с радиальными цементировочными отверстиями, кожух-втулку, расположенный с наружной стороны корпуса и образующий с ним кольцевую полость, дополнительную втулку, находящуюся в этой полости и соединенную с корпусом срезными элементами, радиальные каналы в корпусе, соединяющие нижнюю часть кольцевой полости с внутренним пространством корпуса и уплотнительные кольца, отличающаяся тем, что кожух-втулка соединен с корпусом жестко, а дополнительная втулка снабжена радиальными каналами, соединяющими через цементировочные отверстия внутреннее пространство корпуса с заколонным пространством скважины в момент промывки и закачки цементного раствора второй ступени; снабжена шибером, установленным внутри корпуса и соединенным срезными элементами с опорной втулкой, упирающейся в верхний торец корпуса, причем последний выполнен с кольцевым уступом, расположенным на внутренней поверхности ниже цементировочных отверстий.

РИСУНКИ