ТАМПОНАЖНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 1997 года по МПК E21B27/02 

Изобретение относится к области бурения скважин, в частности к устройствам для их тампонирования.

Целью изобретения является повышение эффективности работы и упрощение эксплуатации устройства за счет обеспечения возможности регулирования длины гибкой связи.

На фиг. 1 изображено тампонажное устройство, общий вид; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1 (увеличено); на фиг. 3 сечение Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 сечение В-В на фиг. 1.

Тампонажное устройство включает трубчатый контейнер 1 с пробкой 2 на нижнем конце и поршнем 3, разделяющим внутренний объем контейнера на надпоршневую 4 и рабочую 5 полости, последняя из которых заполнена тампонажным раствором, опорную трубу 6 со сливными отверстиями 7 на верхнем конце, соединенном с нижним концом контейнера 1, и установленный над контейнером струйный пульсатор, содержащий корпус 8 с осевым каналом и сливными окнами 9, верхний переходник 10 с подводящим каналом 11, установленный с возможностью вращения относительно оси корпуса 8, нижний переходник 12, соединяющий корпус 8 с контейнером 1, питающее 13 и приемное 14 сопла, размещенные в осевом канале корпуса 8 эксцентрично относительно его оси и соосно друг с другом и гидравлически связанные соответственно с каналом 11 и полостью 4, и дефлектор 15, выполненный в виде диска с отверстиями 16, размещенного в корпусе 8 между питающим 13 и приемным 14 соплами. Питающее сопло 13 имеет обойму 17, закрепленную центральным стержнем 19 относительно нижнего переходника 12, а приемное сопло 14 установлено в указанном переходнике. Дефлектор 15 выполнен с осевым отверстием, через которое проходит стержень 18, и соединен патрубком 19 с верхним переходником 10 с возможностью их совместного вращения. Обойма 17 размещена в патрубке 19 и снабжена в верхней части патрубком 20 и уплотнением 21, поджатым пружиной 22, а отверстия 16 в дефлекторе 15 расположены эксцентрично относительно его оси с эксцентриситетом, равным эксцентриситету сопел 13 и 14. Между нижним торцом обоймы 17 и верхним торцом переходника 12 имеется сопловая полость 23, сообщающаяся с затрубным пространством через сливные окна 9. Устройство может быть снабжено пакером, выполненным, например, в виде набора упругих уплотнительных элементов 24 и разделительных колец 25. Для разобщения вращающихся и неподвижных деталей между верхним переходником 10 и корпусом 8 установлен подшипник 26, пакер выполнен с возможностью исключения взаимного проворачивания его подвижных и неподвижных частей (например, за счет применения в его конструкции шпоночного или шлицевого соединения деталей), а на конце опорной трубы 6 установлена буровая коронка 27, препятствующая вращению опорной трубы относительно забоя скважины.

Устройство снабжено сигнализатором окончания рабочего хода поршня 3, содержащим выполненный в обойме 17 перепускной канал 28, вход которого сообщается с подводящим каналом 11, а выход с затрубным пространством, и установленный на входе канала 28 подпружиненный гидравлический затвор 29, соединенный штоком 30 и гибкой связью 31 (например, тросом) с рабочим поршнем 3. Для удобства укладки гибкой связи 31 в надпоршневой полости 4 и исключения ее запутывания связь 31 снабжена катушкой 32 с осевым каналом для прохода промывочной жидкости и самой гибкой связи. Катушка 32 размещена в надпоршневой полости 4 соосно с контейнером и приклеплена к нижнему переходнику 12 пульсатора.

Для обеспечения возможности регулирования длины гибкой связи 31 при изменении длины контейнера 1 устройство снабжено блоком 33 с внешней канавкой, установленным на оси 34, входящей в вилку 35, соединенную с поршнем 3 со стороны надпоршневой полости 4. При этом блок 33 может быть установлен на оси 34 возможностью вращения относительно данной оси или без указанного вращения, т. е. может быть закреплен неподвижно относительно оси 34. С целью обеспечения оперативного соединения и разъединения гибкой связи 31 с поршнем 3 блок 33 выполнен быстросъемным, для чего в вилке 35 с каждой ее стороны выполнен Г-образный паз под ось 34, а последняя крепится к вилке 35 при помощи гайки-барашка 36. Нижний конец гибкой связи 31, соединенный с поршнем 3, выполнен в виде петли 37, уложенной нижней частью в канавку блока 33, исключающего возможность появления остаточных деформаций гибкой связи в месте ее соединения с поршнем 3, для чего радиус канавки блока 33, отсчитываемый от оси последнего, больше или, в крайнем случае, равен по величине предельному минимальному радиусу изгиба гибкой связи, ниже которого появляется остаточная изгибная деформация последней. Благодаря этому после укладки петли 37 в канавку блока, срабатывания сигнализатора с натяжкой гибкой связи и снятия петли 37 с блока 33 при очередной регулировке длины гибкой связи 31, последняя остается ровной, без остаточной деформации участка гибкой связи, находивщегося в контакте с блоком 33. Указанная деформация нежелательна, т. к. препятствует нормальной намотке гибкой связи 31 на катушку 32 и может вызвать заклинивание гибкой связи в зазоре между катушкой 32 и контейнером 1. Петля 37 снабжена фиксатором 38, установленным вблизи блока 33 и выполненным в виде разъемного соединения, например, в виде зажима из пластины 38 с продольной прорезью с возможностью закрепления в последней с помощью стяжного винта-барашка 39 сдвоенной гибкой связи 31, образующей верхнюю часть петли 37.

С целью исключения запутывания свободного конца гибкой связи 31, выходящего из прорези пластины 38, гибкая связь снабжена направляющим фиксатором 40, удерживающим указанный свободный конец на основном звене гибкой связи 31, соединяющим шток 30 с блоком 33. Фиксатор 40 может быть выполнен, например, в виде кольца или короткой трубки из металла, пластмассы или резины и может быть скреплен (например, с помощью пайки, склеивания и т.п.) со свободным концом гибкой связи 31. При этом свободный конец гибкой связи 31 и ее основное звено продеты через фиксатор 40, который установлен с возможностью перемещения вдоль основного звена гибкой связи 31. С целью исключения скручивания гибкой связи 31 при ее наматывании на катушку 32 с вращением последней, а также при разматывании гибкой связи с катушки в процессе работы устройства, шток 30 и поршень 3 снабжены вертлюгами 41 и 42, первый из которых соединен крючком 43 с верхним концом гибкой связи 31, а второй осью 44 с вилкой 35 блока 33. Вертлюги 41 и 42 выполнены с наружными кольцевыми буртиками и с возможностью свободного проворачивания соответственно относительно штока 30 и поршня 3 и установлены в гнездах, имеющих внутренние кольцевые буртики, входящие в контакт с наружными буртиками вертлюгов 41 и 42 при передаче с поршня 3 на шток 30 усилия, необходимого для перемещения затвора 29 в конце рабочего хода поршня 3. Величина радиального зазора между катушкой 32 и внутренней поверхностью контейнера 1 подбирается из расчета, чтобы исключалась возможность заклинивания в указанном зазоре сдвоенной гибкой связи 31, наматываемой на катушку 32 вместе с фиксатором 40. Для обеспечения возможности выемки поршня 3 из контейнера после подъема устройства из скважины нижней конец контейнера 1 снабжен съемным патрубком 45. При этом длина гибкой связи 31 в ее натянутом положении и длина съемного патрубка 45 выбраны с обеспечением возможности опускания блока 33 ниже нижнего торца контейнера 1 в конце рабочего хода поршня 3. Благодаря этому обеспечивается доступ к гайке-барашку 36 после снятия патрубка 45 контейнера 1 при разборке устройства после проведения тампонажной операции. Доступ к указанной гайке обеспечивает возможность снятия блока 33 с вилки 35, что, в свою очередь, обеспечивает возможность отсоединения гибкой связи 31 от поршня 3 и возможность выемки последнего из контейнера.

Тамонажное устройство работает следующим образом.

Перед заправкой устройства тампонажным материалом выбирают по длине колонковую трубу для контейнера 1 с учетом требуемого для тампонирования объема смеси. Затем в соответствии с длиной выбранной колонковой трубы регулируют длину гибкой связи 31 с таким расчетом, чтобы в конце рабочего хода поршня 3 его нижний торец находился вблизи нижнего конца съемного патрубка 45. Если при этом окажется, что длину гибкой связи 31 необходимо уменьшить, ослабляют винт-барашек 39, разжимая при этом сдвоенную гибкую связь 31 в фиксаторе 38, после чего перемещают свободный конец гибкой связи 31 вместе с фиксатором 40 вдоль основного звена гибкой связи в сторону пульсатора (вверх) до тех пор, пока длина указанного звена не будет соответствовать длине выбранной для контейнера колонковой трубы. Если же окажется, что длину основного звена гибкой связи 31 необходимо увеличить, после ослабления винта-барашка 39 свободный конец гибкой связи 31 перемещают вместе с направляющим фиксатором 40 вдоль основного звена гибкой связи 31 вниз от пульсатора (к поршню 3) до тех пор, пока длина указанного звена не будет соответствовать длине колонковой трубы контейнера 1. В случае, если поршень 3 мешает регулировке длины гибкой связи 31, перед выполнением указанной регулировки ослабляют гайку-барашек 36 и снимают блок 33 вместе с осью 34 с вилки 35. При необходимости (например, в случае использования гибкой связи 31, обладающей большой жесткостью, препятствующей ее перемещению по канавке блока 33 и по прорези пластины 38) перед перемещением свободного конца гибкой связи вместе с фиксатором 40 вдоль ее основного звена снимают петлю 37 с блока 33 и фиксатор 38 с петли 37.

По окончании регулировки длины гибкой связи 31 надевают петлю 37 на блок 33 в случае, если перед регулировкой указанная петля была снята с блока 33. Затем устанавливают фиксатор 38 вблизи блока 33 с тем, чтобы петля 37 не могла выйти из канавки указанного блока, и зажимают винтом барашком 39 верхнюю сдвоенную часть петли 37 и прорези пластины 38 (фиг. 3), после чего наматывают гибкую связь 31 на катушку 32. При этом сдвоенное звено гибкой связи 31, находящееся между фиксаторами 40 и 38, в случае увеличения до максимального значения длины основного звена указанной связи при ее регулировке, останется вне катушки 32, как показано на фиг. 1, а в остальных случаях будет намотано вместе с фиксатором 40 на катушку 32. После намотки гибкой связи 31 на катушку 32 устанавливают ось 34 блока 33 в фигурные пазы вилки 35 и затягивают гайку - барашек 36, фиксируя блок 33 на вилке 35.

После заправки рабочей полости 5 контейнера 1 тампонажным раствором соединяют пульсатор с контейнером 1, в верхней части которого устанавливают поршень 3, опускают устройство в скважину к зоне тампонирования, расположенной над естественным или искусственным забоем, и по достижении забоя нагружают осевым усилием с опорой трубы 6 на забой. Под действием указанного усилия упругие элементы 24 пакера сжимаются и перекрывают ствол скважины над тампонируемым интервалом, после чего приводят во вращение буровую колонну, на которой подвешено устройство, и включают буровой насос, соединенный с буровой колонной. При этом дефлектор 15 приводится во вращение от верхнего переходника 10, соединенного с буровой колонной, а промывочная жидкость поступает по буровой колонне к подводящему каналу 11 и из него к питающему соплу 13, на выходе которого формируется напорная струя. В процессе вращения дефлектора 15 ось каждого из его отверстий 16 периодически (при каждом обороте дефлектора) сходится и расходится с общей осью сопел 13 и 14. При схождении оси отверстия 16 с осью сопел 13 и 14, напорная струя, формируемая соплом 13, попадает в торцевое отверстие приемного сопла 14, вызывая в нем импульсное повышение давления, а при расхождении оси отверстия 16 и оси сопел 13 и 14 дефлектор 15 перерезает напорную струю, перекрывая ее доступ к приемному соплу 14, и вызывая тем самым импульсное падение давления в сопле 14. При схождении с осью сопел 13 и 14 оси следующего отверстия 16 дефлектора 15 в приемном сопле 14 формируется очередной импульс давления. В результате на выходе приемного сопла 14 формируется пульсирующее давление, частота которого равна частоте вращения дефлектора 15, умноженной на числе отверстий 16 в нем. Вырабатываемое пульсатором пульсирующего давления передается в надпоршневую полость 4 контейнера и через поршень 3 воздействует на тампонажный раствор, находящийся в рабочей полости 5. Под воздействием пульсирующего давления со стороны тампонажного раствора пробка 2 выбивается из нижнего отверстия контейнера 1, после чего поршень 3, на который действует пульсирующее давление со стороны надпоршневой полости 4, вытесняет тампонажный раствор из рабочей полости 5 контейнера через сливные отверстия 7 в тампонируемую зону скважины. Промывочная жидкость, не попадающая в приемное сопло 14 в периоды, когда напорная струя перерезается дефлектором 15, сливается из сопловой полости 23 в затрубное пространство скважины через сливные отверстия 9.

В процессе перемещения поршня 3 вниз он разматывает гибкую связь 31 с катушки 32. При этом скручивание гибкой связи в процессе ее разматывания исключается за счет свободного проворачивания нижнего конца указанной связи вместе с блоком 33 на вертлюге 42 относительно поршня 3. В конце рабочего хода поршень входит в патрубок 45, его блок 33 опускается ниже нижнего торца контейнера 1, а гибкая связь 31 полностью разматывается с катушки 32, натягивается поршнем 3 через вилку 35 и блок 33 и перемещает вниз затвор 29. При этом промывочная жидкость сливается из подводящего канала 11 через перепускной канал 28 в верхнюю часть сопловой полости 23, заключенную между обоймой 17 и дефлектором 15, откуда через отверстия 16 дефлектора сливается в нижнюю часть сопловой полости 23 и через сливные отверстия 9 в затрубное пространство. В результате давления в подводящем канале 11 снижается, что сопровождается понижением давления по всему столбу промывочной жидкости, заполняющей буровую колонну, которое в конечном итоге передается к поверхностному сигнальному устройству, вырабатывающему информационный сигнал, оповещающий бурового мастера об окончания работы устройства. После получения указанного сигнала вращение колонны и подачу рабочей жидкости прекращают, а тампонажное устройство поднимают на поверхность. При этом затвор 29 и детали пакера возвращаются в исходное положение под действием упругих сил пружины затвора 29 и уплотнительных элементов 24 пакера.

После подъема устройства из скважины отсоединяют съемный патрубок 45 от контейнера 1, ослабляют гайку-барашек 35, снимают блок 33 с вилки 36, вынимают поршень 3 из патрубка 45, снимают пульсатор с контейнера 1 и наворачивают гибкий элемент 31 на катушку 32. В случае изменения длины контейнера 1 перед новым рейсом устройства в скважину вновь регулируют длину гибкой связи 31, приводя ее в соответствие с новой длиной контейнера.

Выполнение устройства с возможностью регулировки длины гибкой связи обеспечивает полный рабочий ход поршня и, соответственно, полное вытеснение тампонажного раствора из контейнера при любой длине последнего, за счет чего, повышается эффективность работы устройства, обеспечивается полное и безотходное использование тампонажных материалов и отпадает необходимость очистки контейнера от остатков тампонажного раствора после подъема устройства из скважины. Кроме того, регулировка длины гибкой связи обеспечивает оперативное изменение в необходимых пределах длины гибкой связи при изменении длины рабочего контейнера без замены указанной связи, благодаря чему снижаются затраты времени на подготовку устройства к работе и упрощается его эксплуатация.

Сущность изобретения: устройство содержит контейнер 1 с поршнем 3, разделяющим его на надпоршневую полость 4 и рабочую полость 5 с тампонажной смесью, пакер с упругими уплотнительными элементами 24, сигнализатор окончания рабочего хода поршня 3 и струйный пульсатор, содержащий корпус 8 со сливными окнами 9 и сопловой полостью 23, верхний переходник 10 с подводящим каналом 11, нижний переходник 12, питающее соплы 13 с обоймой 17, приемное сопло 14, дефлектор 14 с отверстиями 16, соединенный с верхним переходником 10 с возможностью их совместного вращения, и подпружиненный относительно корпуса затвор 29, связанный с поршнем 3 штоком 30 и гибкой связью 31, наматываемой на катушку 32. Гибкая связь 31 соединена с поршнем 3 через блок 33, имеющий канавку под петлю 37 гибкой части 31 и снабжена фиксатором 38 в виде разъемного соединения. Ось блока 33 расположена перпендикулярно оси поршня 3, а радиус канавки блока 33, отсчитываемый от оси последнего, больше или равен по величине предельному минимальному радиусу изгиба гибкой связи 31, ниже которого появляется остаточная изгибная деформация последней. После заправки контейнера опускают устройство в скважину к зоне тампонирования, опирают его на забой с перекрытием ствола скважины уплотнительными элементами 24, включают вращение и буровой насос. При вращении дефлектора 15 струя жидкости, формируемая соплом 13, периодически проходит через отверстия 16 дефлектора и попадает в сопло 14, формируя в нем и надпоршневой полости 4 импульсное давление, воздействующее через поршень 3 на тампонажную смесь, которая после опускания пробки 2 вниз выходит через сливные отверстия 7 в скважину. В процессе перемещения поршня 3 гибкая связь 31 разматывается с катушки 32. В конце рабочего хода поршень 3 входит в патрубок 45. Блок 33 опускается ниже нижнего торца контейнера 1, а гибкая связь полностью разматывается с катушки 32, натягивается поршнем 3 через блок 33 и перемещает вниз затвор 29, после чего канал 11 сообщается с полостью 23. В результате давление в канале 11 и буртовой колонне падает, что служит сигналом об окончании тампонирования. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Тампонажное устройство, включающее контейнер с поршнем, разделяющим его на подпоршневую полость и рабочую полость, заполненную тампонажным материалом, струйный пульсатор с подводящим каналом и выходным каналом, гидравлически связанным с надпоршневой полостью, и сигнализатор окончания рабочего хода поршня в виде гидравлического затвора с гибкой связью, соединяющей затвор с поршнем через соединительный элемент, установленный на поршне со стороны надпоршневой полости, и надетой на соединительный элемент с образованием петли с фиксатором, установленным вблизи соединительного элемента поршня, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности работы и упрощения эксплуатации за счет обеспечения возможности регулирования длины гибкой связи, оно снабжено дополнительным фиксатором, размещенным на петле и соединяющим ее свободный конец с гибкой связью с возможностью совместного перемещения свободного конца петли и дополнительного фиксатора вдоль гибкой связи, при этом фиксатор выполнен в виде разъемного соединения, соединительный элемент выполнен в виде блока с канавкой под петлю гибкой связи, ось блока расположена перпендикулярно оси поршня, а радиус канавки блока, отсчитываемый от оси последнего, больше или равен по величине предельному минимальному радиусу изгиба гибкой связи, ниже которого появляется остаточная изгибная деформация последней. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что разъемное соединение выполнено в виде зажима из пластины с прорезью под петлю и стяжного винта. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что, с целью ускорения соединения и разъединения гибкой связи с поршнем, блок закреплен в корпусе разъемным соединением. 4. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что, с целью обеспечения возможности выемки поршня из контейнера после подъема устройства из скважины, оно снабжено съемным патрубком, установленным на нижнем конце контейнера, при этом длина гибкой связи и съемного патрубка выбрана с обеспечением возможности опускания блока в конце рабочего хода поршня ниже торца контейнера.