УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ ОБСАДНЫХ КОЛОНН Российский патент 1994 года по МПК E21B33/14 

Изобретение относится к бурению глубоких скважин, а именно к цементированию обсадных колонн.

Известно устройство для цементирования обсадных колонн, включающее корпус со ступенчатой внутренней поверхностью, втулку с каналами и коническим выступом, обращенным к верхней части корпуса, диск, установленный внутри корпуса и подпружиненный относительно втулки [1].

Ввиду того, что размеры кольцевого канала много меньше размеров центрального канала в диске и периферийных каналов втулки, имеется большая вероятность его закупорки при вхождении конического выступа втулки в центральное отверстие диска.

Целью изобретения является повышение надежности работы устройства.

Это достигается тем, что в устройстве для цементирования обсадных колонн, выключающем корпус со ступенчатой внутренней поверхностью, втулку с каналами и коническим выступом, обращенным к верхней части корпуса, диск, установленный внутри корпуса и подпружиненный относительно втулки, на внутренней поверхности корпуса в его нижней части выполнен дополнительный выступ, при этом втулка подпружинена относительно последнего.

На фиг.1 изображено предлагаемое устройство после его установки в обсадной колонне; на фиг.2 - то же, в начальный момент закачивания цементного раствора; на фиг.3 - то же, в момент окончания закачивания цементного раствора в обсадную колонну.

Устройство состоит из корпуса 1 с установленным внутри него диском 2, имеющим центральное отверстие 3, и втулкой 4 с периферийными каналами 5 и коническим выступом 6, обращенным к верхней части корпуса 1 и установленным с возможностью взаимодействия с центральным отверстием 3. Корпус 1 имеет ступенчатую внутреннюю поверхность 7, образующую на переходе ступеней уступ 8. В нижней части корпуса 1 на внутренней поверхности выполнен дополнительный выступ 9 в виде кольца, установленного на срезных элементах 10. Диск 2 подпружинен относительно втулки 4 с помощью пружины 11, а втулка 4 дополнительно подпружинена относительно выступа 9 корпуса 1.

Устройство работает следующим образом. Вначале определяют необходимые размеры деталей устройства. Для этого находят наибольшую скорость подъема бурового раствора в заколонном пространстве во время бурения, при которой не было осложнений. Допустим это "Y". Эту скорость принимают за максимальную скорость подъема цементного и бурового раствора в заколонном пространстве во время цементирования обсадной колонны. В соответствии с этим определяют производительность Q цементировочных агрегатов. Определяют разность перепадов давления Δ Р после закачивания всего цементного раствора в обсадную колонну и продавливания его в заколонное пространство. Для найденных значений Q подбирают диаметр центрального отверстия 3 диска 2 и конического выступа 6 втулки 4 таким образом, чтобы при прокачивании через него бурового и цементного раствора с производительностью Q перепад давления был не меньше Δ Р.

После этого подбирают пружины 11 и 12 из условия, что при воздействии на диск 2 перепада давления Δ Р он удерживается на месте силовой упругости пружин 11 и 12 и при этом конический выступ 6 не входит в отверстие. Чтобы диск 2 во время спуска обсадной колонны не передвигался в корпусе 1, можно установить выше его ограничитель, например, в виде штифтов, ввернутых в стенку корпуса 1.

Подобранное таким образом устройство устанавливают в обсадной колонне между обратным клапаном и направляющей насадкой. После спуска обсадной колонны в скважину производят ее промывку. При этом производительность буровых насосов не должна превышать определенную выше Q, чтобы не вызвать осложнений в открытом стволе скважины. Так как в этот момент перепад давления не будет превышать Δ Р, то диск 2 не будет опускаться и пружины 11 и 12 не будут сжаты.

Окончив промывку скважины, приступают к закачиванию цементного раствора. При закачивании цементного раствора в некоторый момент перепад давления между столбами цементного раствора в обсадной колонне и бурового раствора в заколонном пространстве превысит ΔР. Это приведет к тому, что гидравлическое усилие, воздействующее на диск 2 сверху, превысит силу упругости пружин 11 и 12, которые начнут сжиматься. Диск 2 начнет опускаться до посадки на уступ 8. При опускании диска 2 его центральное отверстие 3 будет перекрываться частично коническим выступом 6 втулки 4 (фиг.2). При закупорке кольцевого канала "в", образованного в центральном отверстии 3, зашедшим в него выступом 6, начнет увеличиваться гидравлическое усилие на втулку 4 и через нее на пружину 12, которая начнет сжиматься. Втулка 4 начнет опускаться до тех пор, пока центральное отверстие 3 не освободится от выступа 6. Материал, вызвавший закупорку кольцевого канала "в", продавливается через центральное отверстие 3 и через каналы 5 втулки 4 выходит в заколонное пространство скважины. Как только центральное отверстие 3 диска станет свободным и давление упадет, пружины 11 и 12 подают втулку 4 и диск 2 вверх (фиг.1 и 2).

В процессе дальнейшего закачивания цементного раствора перепад давления в некоторый момент снова превысит Δ Р. В результате пружины 11 и 12 начнут сжиматься, а диск 2 и втулка 4 будет перемещаться вниз. Таким образом будет осуществляться автоматическое регулирование перепада давления, поглощаемого устройством. Это предотвратит воздействие на открытый ствол скважины названного перепада давления ΔР и повышенной скорости подъема бурового и цементного раствора. В результате не будет поглощения цементного раствора, что повышает качество цементирования обсадных колонн.

Применение предлагаемого устройства для цементирования обсадных колонн позволяет повысить качество крепления скважин за счет повышения надежности его работы и исключения возникновения аварийных ситуаций при цементировании в случае закупорки его каналов.

Использование: цементирование обсадных колонн при креплении скважин. Сущность изобретения: устройство содержит выполненный на внутренней поверхности корпуса в его нижней части дополнительный выступ, при этом втулка подпружинена относительно последнего. 3 ил.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ ОБСАДНЫХ КОЛОНН, включающее корпус со ступенчатой внутренней поверхностью, втулку с каналами и коническим выступом, обращенными к верхней части корпуса, диск, установленный внутри корпуса и подпружиненный относительно втулки, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности в работе устройства, на внутренней поверхности корпуса в его нижней части выполнен дополнительный выступ, при этом втулка подпружинена относительно последнего.