Клапан для обсадной колонны
Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности. Обеспечивает повышение надежности работы устройства и сокращение времени на строительство скважины. Клапан включает ограничитель с седлом и боковыми каналами, втулку, имеющую возможность герметичного перекрытия боковых каналов ограничителя. Ограничитель заглушен снизу и соединен с обсадной колонной. Обсадная колонна оборудована снизу нижней муфтой, снабженной внизу изнутри цилиндрической выборкой, куда вставлен с возможностью осевого перемещения вверх полый хвостовик, зафиксированный в нижнем положении срезными штифтами. Втулка жестко установлена в верхнем конце полого хвостовика и имеет возможность взаимодействия в верхнем положении с верхней плоскостью седла ограничителя и герметичного перекрытия боковых каналов ограничителя снаружи. Для герметичного перекрытия изнутри боковых каналов ограничителя применена продавочная пробка с герметизирующей головкой снизу и кольцевой выборкой, выполненной на внутренней поверхности в верхней части ограничителя. Кольцевая выборка ограничителя фиксирует герметизирующую головку продавочной пробки в ограничителе после взаимодействия нижнего торца герметизирующей головки продавочной пробки с заглушкой ограничителя. 1 ил.
Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к цементированию обсадных колонн.
Известен клапан для обсадной колонны (авторское свидетельство SU №1812304, МПК 7 Е21В 34/10, 33/14, опубл. в бюл. №16 от 30.04.1993 г.), содержащий клапанное седло с осевыми отверстиями, тарелку с конической рабочей поверхностью, размещенной под седлом, подпружиненный шток, жестко соединенный с тарелкой, и срезной фиксатор, при этом клапан снабжен фильтром, выполненным в виде кольца и размещенным в нижней части седла осевого канала по внутренней его поверхности, причем подпружиненный шток выполнен со сквозным отверстием под срезной фиксатор, а клапанное седло в верхней части выполнено с отверстием, перпендикулярным к центральной оси седла и соосным сквозному отверстию подпружиненного штока, при этом тарелка выполнена с эластичным кольцом по центру рабочей конической поверхности, причем тарелка может быть выполнена из эластичного материала.
Недостатками данного клапана являются:
во-первых, сложность в изготовлении и обслуживании, большое количество деталей и, как следствие, высокая себестоимость;
во-вторых, низкая надежность перекрытия проходного канала.
Наиболее близким по технической сущности является клапан для обсадных колонн (патент RU №2250355, МПК 7 Е21В 34/06, 33/14, опубл. в бюл. №11 от 20.04.2005 г.), включающий ограничитель с седлом и боковыми каналами, обратный клапан, размещенный снизу, втулку, установленную в осевом канале ограничителя на срезных элементах над боковыми каналами с возможностью их герметичного перекрытия, при этом ограничитель дополнительно оборудован стопором, взаимодействующим с втулкой в ее нижнем положении, причем наружная поверхность ограничителя выше боковых каналов снабжена эластичным кольцом с упором и выполнена с возможностью герметичной установки ограничителя в требуемом интервале между трубами обсадной колонны при их сборке, при этом седло выполнено с цилиндрической выборкой на нижней плоскости ограничителя, а обратный клапан выполнен тарельчатым, подпружиненным с возможностью поворота относительно крепления к ограничителю, состоящим из жестко соединенных между собой эластичной манжеты, центратора и цилиндрической пластины, на которой выполнена кольцевая проточка, установленная напротив внутренней нижней плоскости ограничителя, причем наружная плоскость цилиндрической пластины размещена напротив седла ограничителя, при этом эластичная манжета расположена между нижней плоскостью ограничителя и цилиндрической пластиной.
Недостатками данной конструкции клапана являются:
во-первых, сложность конструкции, обусловленная большим количеством резиновых элементов и металлических колец;
во-вторых, не возможно провести опрессовку обсадной колонны перед ее цементированием без спуска дополнительного опрессовочного оборудования (например, пакера).
Задачей изобретения является упрощение конструкции клапана для обсадной колонны, а также возможность проведения опрессовки обсадной колонны в скважине непосредственно перед ее цементированием без спуска в обсадную колонну дополнительного опрессовочного оборудования.
Указанная задача решается предлагаемым клапаном для обсадной колонны, включающим ограничитель с седлом и боковыми каналами, обратный клапан, втулку, имеющую возможность герметичного перекрытия боковых каналов ограничителя, при этом ограничитель дополнительно оборудован стопором, взаимодействующим с втулкой.
Новым является то, что ограничитель заглушен снизу и соединен с обсадной колонной, которая оборудована снизу нижней муфтой, снабженной внизу изнутри цилиндрической выборкой, куда вставлен с возможностью осевого перемещения вверх полый хвостовик, зафиксированный в нижнем положении срезными штифтами, причем втулка жестко установлена в верхнем конце полого хвостовика и имеет возможность взаимодействия в верхнем положении со стопором, выполненным в виде верхней плоскости седла ограничителя, при этом втулка в верхнем положении герметично перекрывает боковые каналы ограничителя снаружи, при этом обратный клапан размещен сверху, выполнен в виде продавочной пробки с герметизирующей головкой снизу и кольцевой выборки, выполненной на внутренней поверхности в верхней части ограничителя, причем кольцевая выборка ограничителя фиксирует герметизирующую головку продавочной пробки в ограничителе после взаимодействия нижнего торца герметизирующей головки продавочной пробки с заглушкой ограничителя, при этом герметизирующая головка продавочной пробки герметично перекрывает изнутри радиальные каналы ограничителя.
На чертеже изображен предлагаемый клапан для обсадной колонны в продольном разрезе.
Клапан для обсадной колонны включает заглушенный снизу ограничитель 1 с седлом 2 и боковыми каналами 3, втулку 4, имеющую возможность герметичного перекрытия боковых каналов 3 ограничителя 1. Ограничитель 1 дополнительно оборудован стопором 5, выполненным в виде верхней плоскости седла 2 ограничителя 1.
Ограничитель соединен с обсадной колонной 6, которая оборудована снизу нижней муфтой 7, снабженной внизу изнутри цилиндрической выборкой 8, куда вставлен с возможностью осевого перемещения вверх полый хвостовик 9, зафиксированный в нижнем положении срезными штифтами 10.
Втулка 4 жестко установлена в верхнем конце полого хвостовика 9 и имеет возможность взаимодействия в верхнем положении со стопором 5. В верхнем положении втулка 4 герметично перекрывает боковые каналы 3 ограничителя 1 снаружи.
Кроме того, клапан для обсадных колонн снабжен размещенным сверху обратным клапаном, исключающим попадание цементного раствора обратно в обсадную колонну 6 после его продавки в заколонное пространство (не показано) обсадной колонны 6.
Обратный клапан выполнен в виде продавочной пробки 11 с герметизирующей головкой 12 снизу и кольцевой выборки 13, выполненной на внутренней поверхности в верхней части ограничителя 1.
Кольцевая выборка 13 ограничителя 1 фиксирует герметизирующую головку 12 продавочной пробки 11 в ограничителе 1 после взаимодействия нижнего торца 14 герметизирующей головки 12 продавочной пробки 11 с заглушкой 15 ограничителя 1, при этом герметизирующая головка 12 продавочной пробки 11 герметично перекрывает изнутри радиальные каналы 3 ограничителя 1.
Необходимая герметичность при работе клапана обеспечивается уплотнительными элементами 16.
Клапан для обсадных колонн работает следующим образом.
После подготовительных работ на скважине (не показано) в нее спускают обсадную колонну 6, оборудованную снизу предлагаемым клапаном для обсадной колонны. В процесс спуска обсадной колонны 6 в скважину находящаяся в скважине жидкость свободно перетекает снизу вверх, сквозь боковые каналы 3 ограничителя 1, заполняя внутреннее пространство обсадной колонны 6. Спуск обсадной колонны 6 в скважину продолжают до упора нижнего торца полого хвостовика 9 на забой (не показано) скважины.
Далее производят разгрузку обсадной колонны 6 на устройство, при этом разрушаются срезные элементы 10 и обсадная колонна 6 вместе с жестко закрепленными на ее нижнем конце ограничителем 1 и нижней муфтой 7 опускаются вниз по цилиндрической выборке 8 нижней муфты 7 относительно упертого на забой скважины полого хвостовика 9. Процесс разгрузки обсадной колонны 6 на устройство продолжается до тех пор, пока втулка 4 своим верхним торцом не упрется в стопор 5 седла 2 ограничителя 1, о чем свидетельствует падение веса обсадной колонны 6 до нуля на индикаторе веса (не показано), установленного на устье скважины, при этом втулка 4 герметично перекрывает снаружи боковые каналы 3 ограничителя 1.
Производят долив обсадной колонны 6 до устья скважины технологической жидкостью и спрессовывают обсадную колонну 6 на необходимое давление с необходимой выдержкой по времени.
Убедившись в герметичности обсадной колонны 6 ее приподнимают вверх на 1-2 метра, при этом ограничитель 1 и нижняя муфта 7, жестко закрепленные на нижнем конце обсадной колонны 6, поднимаются вверх относительно остающихся неподвижно полого хвостовика 9 с втулкой 4, причем сначала втулка 4 выходит из взаимодействия со стопором 5 седла 2, а затем втулка 4 полностью выходит из герметичного взаимодействия с седлом 2 ограничителя 1, при этом боковые каналы 3 ограничителя 1 полностью открываются и полый хвостовик 9 оказывается в нижней части цилиндрической выборки 8 нижней муфты 7. При дальнейшем подъеме нижний торец полого хвостовика 9 приподнимается с забоя, обеспечивая гидравлическую связь между внутренним пространством обсадной колонны 6 и заколонным пространством скважины.
Клапан для обсадной колонны готов к цементированию обсадной колонны 6.
Для этого закачивают в обсадную колонну 6 необходимое количество цементного раствора. Далее на устье скважину устанавливают в обсадную колонну 6 продавочную пробку 11 герметизирующей головкой 12 вниз.
Подачей продавочной жидкости в обсадную колонну 6 начинают продавку цементного раствора, при этом цементный раствор из обсадной колонны 6 через радиальные каналы 3 ограничителя 1 и втулку 4, через внутреннее пространство полого хвостовика 9 продавливается в заколонное пространство (не показано) скважины.
Продавку цементного раствора в заколонное пространство скважины продолжают до тех пор, пока не произойдет резкое повышение давления на манометре насосного агрегата, закачивающего продавочную жидкость в обсадную колонну 6, что свидетельствует о том, что продавочная пробка 11 герметизирующей головкой 12 прошла кольцевую выборку 13 ограничителя 1 и нижним торцом 14 уперлась в заглушку 15 ограничителя 1. Давление продавки сбрасывают, при этом продавочная пробка 11 герметизирующей головкой 12 фиксируется в ограничителе 1 в его кольцевой выборке 12 и герметично изнутри ограничителя 1 перекрывает его радиальные каналы 3.
Далее скважину оставляют на ОЗЦ (ожидание затвердевания цемента), при этом обратный клапан благодаря герметичной фиксации герметизирующей головки 12 продавочной пробки 11 в ограничителе 1 исключает обратное поступление цементного раствора из заколонного пространства скважины в обсадную колонну 6.
Предлагаемый клапан для обсадной колонны имеет простую конструкцию, что повышает надежность работы устройства, а проведение опрессовки обсадной колонны в скважине непосредственно перед ее цементированием без спуска в обсадную колонну дополнительного опрессовочного оборудования позволяет сократить общее время на строительство скважины, а значит сэкономить материальные и финансовые затраты.
Клапан для обсадной колонны, включающий ограничитель с седлом и боковыми каналами, втулку, имеющую возможность герметичного перекрытия боковых каналов ограничителя, отличающийся тем, что ограничитель заглушен снизу и соединен с обсадной колонной, которая оборудована снизу нижней муфтой, снабженной внизу изнутри цилиндрической выборкой, куда вставлен с возможностью осевого перемещения вверх полый хвостовик, зафиксированный в нижнем положении срезными штифтами, втулка жестко установлена в верхнем конце полого хвостовика и имеет возможность взаимодействия в верхнем положении с верхней плоскостью седла ограничителя и герметичного перекрытия боковых каналов ограничителя снаружи, а для герметичного перекрытия изнутри боковых каналов ограничителя применена продавочная пробка с герметизирующей головкой снизу и кольцевой выборкой, выполненной на внутренней поверхности в верхней части ограничителя, причем кольцевая выборка ограничителя фиксирует герметизирующую головку продавочной пробки в ограничителе после взаимодействия нижнего торца герметизирующей головки продавочной пробки с заглушкой ограничителя.
