Устройство для ступенчатого цементирования обсадной колонны

 

Предложенное 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 устройства. Сущность изобретения: устройство содержит корпус с цементировочными отверстиями и радиальными каналами, кожух-втулку, образующий с корпусом кольцевую полость. В последней расположена дополнительная втулка, снабженная радиальными каналами. Последние соединяют внутреннее пространство корпуса с заколонным пространством скважины в момент промывки и закачки цементного раствора второй ступени. Устройство снабжено шибером, установленным внутри корпуса и соединенным срезными элементами с опорной втулкой. Последняя упирается в верхний торец корпуса и перекрывает радиальные каналы. Каналы выполнены в корпусе и сообщают в рабочем положении внутреннее пространство корпуса с кольцевой полостью. Последняя образована корпусом и патрубком, жестко соединенными с муфтой, и торцом толкателя, установленного в этой полости. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение 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 3 со стенкой скважины, что приведет устройство в неработоспособное состояние.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству 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 устройства упрощенной конструкции, имеющего низкую металлоемкость и обладающего высокой работоспособностью и надежностью герметизации.

Указанная задача решается предлагаемым устройством, включающим 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 внутреннее пространство корпуса с заколонным пространством скважины в момент промывки и закачки цементного раствора второй ступени, устройство снабжено шибером, установленным внутри корпуса и соединенным срезными элементами с опорной втулкой, упирающейся в верхний торец корпуса, и перекрывающим радиальные каналы, выполненные в корпусе и сообщающие внутреннее пространство корпуса с кольцевой полостью, образованной корпусом и патрубком, жестко соединенными с муфтой, и торцом толкателя, установленного в этой полости, корпус выполнен с кольцевым уступом, расположенным на внутренней поверхности ниже цементировочных отверстий.

Новым также является то, что наружный диаметр толкателя больше наружного диаметра дополнительной втулки.

На чертеже 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, упирающейся в верхний торец корпуса 1. Шибер 9 перекрывает радиальные каналы 12 в корпусе 1, соединяющие в рабочем положении внутреннее пространство корпуса с кольцевой полостью 13, образованной поверхностью корпуса и патрубком 14, жестко соединенными с муфтой 15, и торцом толкателя 16, установленного в этой полости.

С целью гарантированного закрытия цементировочных отверстий 2 дополнительной втулкой 6 под воздействием толкателя 16, наружный диаметр последнего выполнен большим, чем наружный диаметр дополнительной втулки.

Сопрягаемые поверхности муфты снабжены уплотнительными кольцами 17.

Устройство работает следующим образом.

Обсадную колонну 18 с башмаком 19, цементировочным клапаном 20 и стоп-кольцом 21, в составе которой установлено предлагаемое устройство, спускают в скважину до проектной глубины с таким расчетом, чтобы устройство находилось выше продуктивного пласта примерно на 150-200 м. Затем по обычной технологии закачивают цементный раствор первой ступени, исходя из того, чтобы устройство было перекрыто раствором выше на 40-50 м. При окончании цементирования, нижняя продавочная пробка 22 садится на стоп-кольцо 21, давление в колонне 18 резко повышается, под воздействием которого срезные элементы 7 разрушаются и дополнительная втулка 6 поднимается вверх до упора в торец толкателя 16. 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 устройства. После ОЗЦ (ожидание затвердевания цемента) через упомянутые отверстия и каналы закачивают цементный раствор второй ступени. При окончании продавки верхняя продавочная пробка 23 садится на шибер 9, давление в колонне 18 резко поднимается, срезные элементы 10 разрушаются и шибер 9 опускается вниз до упора в кольцевой уступ 24, перекрывая при этом изнутри цементировочные отверстия 2. Давление опять резко поднимается, под воздействием которого толкатель 16 опускается вниз и сдвигает дополнительную втулку 6 в нижнее исходное положение, при котором она герметично перекрывает цементировочные отверстия 2 с наружной стороны корпуса. Давление на устье скважины снижают до нуля, после чего под воздействием перепада давления между внутриколонным и заколонным пространствами толкатель 16 поднимается и займет верхнее положение в кольцевой полости 13.

После ОЗЦ шибер 9 (изготовлен из чугуна) и верхнюю цементировочную пробку 23 разбуривают.

Предлагаемое устройство имеет простейшую конструкцию и низкую металлоемкость, обладает высокой работоспособностью и надежной герметизацией.

Использованная информация.

1. Аналог. А.С.№1779742, МПКЕ 21 В 33/14, 1992.

2. Прототип.А.С. №1765367, МПКЕ 21 В 33/14, 1992.

Формула изобретения

1. Устройство для ступенчатого цементирования обсадной колонны, включающее 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, отличающееся 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; снабжено шибером, установленным внутри корпуса и соединенным срезными элементами с опорной втулкой, упирающейся в верхний торец корпуса, и перекрывающим радиальные каналы, выполненные в корпусе и сообщающие внутреннее пространство корпуса с кольцевой полостью, образованной корпусом и патрубком, жестко соединенными с муфтой, и торцом толкателя, установленного в этой полости; корпус выполнен с кольцевым уступом, расположенным на внутренней поверхности ниже цементировочных отверстий, причем последний выполнен с кольцевым уступом, расположенным на внутренней поверхности ниже цементировочных отверстий.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что наружный диаметр толкателя больше наружного диаметра дополнительной втулки.

РИСУНКИ