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

Изобретение относится к бурению скважин, в частности - к устройствам для прямого и обратного цементирования скважин.

Известно устройство для цементирования обсадных колонн, содержащее цилиндрический корпус с помещенными внутри него постоянными магнитами, верхними и нижними упорами и диамагнитными втулками, образующими с постоянными магнитами лабиринтный проточный канал. Устройство снабжено патрубком, помещенным внутри корпуса, подпружиненным относительно нижнего упора и выполненным с постоянными магнитами, установленными на его внешней поверхности [1] .

Недостатками устройства являются сложность и ненадежность его конструкции, неэффективное использование магнитных потоков постоянных магнитов, технологические сложности, связанные с необходимостью использования дополнительного специального запорного элемента.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является устройство для цементирования обсадных колонн, включающее полый корпус, верхний и нижний упоры с циркуляционными отверстиями и постоянные периферийные магниты, помещенные на внутренней поверхности корпуса и образующие циркуляционный канал для потока флюида [2].

Недостатком устройства является невысокая надежность получения сигнала об окончании цементирования вследствие возможности преждевременного перекрытия циркуляционных отверстий в верхнем упоре, а также неэффективное использование магнитных потоков.

Целью изобретения является повышение надежности и эффективности устройства.

Сущность изобретения заключается в том, что устройство для цементирования обсадных колонн, включающее полый корпус, верхний и нижний упоры с циркуляционными отверстиями и постоянные периферийные магниты, помещенные на внутренней поверхности корпуса и образующие циркуляционный канал для потока флюида, снабжено дополнительными постоянными магнитами, помещенными по оси корпуса и жестко связанными с верхним и нижним упорами, и магнитопроводами, помещенными между внутренней поверхностью корпуса и периферийными магнитами и имеющими сопрягающую поверхность с последними, наклонную к оси корпуса и обеспечивающую уменьшение сечения циркуляционных каналов по длине корпуса в направлении потока флюида. При этом периферийные и дополнительные постоянные магниты выполнены в виде набора полос с чередующейся полярностью, установленных поперечно оси корпуса и ориентированных друг к другу противоположными полярностями.

Внутренняя поверхность периферийных магнитов и наружная поверхность центральных магнитов выполнены с зубцами, перпендикулярными оси циркуляционного канала.

На чертеже изображен общий вид устройства для цементирования обсадных колонн.

Устройство содержит корпус 1, верхний 2 и нижний 3 упоры, циркуляционные отверстия 4, постоянные центральные 5 и периферийные 6 магниты, образующие циркуляционный канал 7, магнитопроводы 8. Периферийные магниты 6 помещены на поверхности магнитопроводов 8, а центральные 5 - по оси корпуса 1 и жестко связаны с верхним 2 и нижним 3 упорами.

Магнитопроводы 8 помещены между внутренней поверхностью корпуса 1 и периферийными магнитами 6 и имеют с последними сопрягающую поверхность 9, которая обеспечивает уменьшение сечения циркуляционных каналов 7 по длине корпуса 1 в направлении потока флюида. Периферийные 6 и центральные 5 постоянные магниты выполнены в виде набора полос 10, ориентированных друг к другу противоположными полярностями. Внутренняя поверхность периферийных 6 и наружная поверхность центральных 5 магнитов выполнены с зубцами 11.

Устройство работает следующим образом.

В собранном виде устройство устанавливают в нижней части обсадной колонны и опускают в скважину. В зависимости от вида цементирования (прямое или обратное) оно устанавливается конусностью циркуляционных каналов 7 вверх или вниз. Например, при прямом цементировании конусность циркуляционных каналов 7 направлена вниз, а при обратном цементировании - вверх.

При этом при прямом цементировании последняя порция цементного раствора содержит ферромагнитные частицы, а при обратном цементировании - первая порция цементного раствора содержит ферромагнитные частицы.

Цементный раствор попадает в корпус 1 через циркуляционные отверстия 4. Ферромагнитные частицы притягиваются постоянными центральным 5 и периферийными 6 магнитами и задерживаются в циркуляционных каналах 7, тем самым полностью закупоривая их. Давление в циркуляционной системе увеличивается, что является сигналом об окончании процесса цементирования.

Преимущество устройства заключается в том, что благодаря простоте конструкции и максимальному использованию магнитной энергии постоянных магнитов (у центральных магнитов работают обе стороны, а у периферийных магнитов рассеивание магнитного потока предотвращается магнитопроводами) обеспечивается высокая надежность получения сигнала об окончании цементирования. Кроме того, намагничивание постоянных магнитов полосами чередующейся полярности и выполнение на их поверхности зубцов создают изменения направленностей магнитных полей в циркуляционных каналах и их неравномерность, что способствует ускорению задержки ферромагнитных частиц в циркуляционных каналах, а направленность зубцов перпендикулярно движению раствора создает дополнительные гидравлические сопротивления. При прямом цементировании устройство помимо своего прямого назначения выполняет еще роль устройства для магнитной обработки цементного раствора, что способствует повышению структурно-механических свойств цементного камня, а следовательно, и качества цементирования.

Таким образом, устройство позволяет:
- производить прямое и обратное цементирование обсадных колонн;
- производить магнитную обработку цементного раствора при прямом цементировании;
- обеспечить максимальное использование магнитной энергии постоянных магнитов;
- обеспечить надежность получения сигнала об окончании цементирования;
- отказаться от применения специальных запорных элементов.

Использование: при цементировании скважин. Сущность изобретения: устройство включает полый корпус. На внутренней его поверхности помещен верхний и нижний упоры. Они выполнены с циркуляционными отверстиями. Внутри корпуса помещены и постоянные периферийные магниты. Периферийные магниты образуют циркуляционный канал для потока флюида. По оси корпуса установлены дополнительные постоянные магниты. Они жестко связаны с верхним и нижним упорами. Между внутренней поверхностью корпуса и периферийными магнитами помещены магнитопроводы, имеющие сопрягающую поверхность с периферийными магнитами, наклонную к оси корпуса. Она обеспечивает уменьшение сечения циркуляционного канала по длине корпуса в направлении потока флюида. Периферийные и дополнительные постоянные магниты выполнены в виде набора полос с чередующейся полярностью. Они установлены поперечно оси корпуса и ориентированы друг к другу противоположными полярностями. Кроме того, внутренняя поверхность периферийных магнитов и наружная поверхность центральных магнитов выполнены с зубцами, перпендикулярными оси циркуляционного канала. 1 ил.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ ОБСАДНЫХ КОЛОНН, включающее полый корпус, верхний и нижний упоры с циркуляционными отверстиями и постоянные периферийные магниты, помещенные на внутренней поверхности корпуса и образующие циркуляционный канал для потока флюида, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительными постоянными магнитами, размещенными по оси корпуса и жестко связанными с верхним и нижним упорами, и магнитопроводами, помещенными между внутренней поверхностью корпуса и периферийными магнитами и имеющими сопрягающую поверхность с последними, наклонную к оси корпуса и обеспечивающую уменьшение сечения циркуляционного канала по длине корпуса в направлении потока флюида, при этом периферийные и дополнительные постоянные магниты выполнены в виде набора полос с чередующейся полярностью, установленных поперечно оси корпуса и ориентированных одна к другой противоположными полярностями. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что внутренняя поверхность периферийных магнитов и наружная поверхность центральных магнитов выполнены с зубцами, перпендикулярными оси циркуляционного канала.