УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ ОБСАДНОЙ КОЛОННЫ В СКВАЖИНЕ Российский патент 1998 года по МПК E21B33/14 E21B33/12 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано в процессе строительства газовых и нефтяных скважин.

Известно много технических решении, направленных на повышение надежности разобщения пластов при креплении скважин, в т.ч. на предотвращение заколонных перетоков пластового флюида. Одним из таких технических решений является устройство для цементирования обсадной колонны, включающее цилиндрический корпус с присоединительной резьбой и втулку, которые имеют радиальные каналы, связанный с корпусом кожух с продольными гофрами, соединенную с втулкой трубу, посадочные седла под цементировочную пробку и управляющие шары, а также фиксатор перемещения трубы в виде конических цанг [1] Известное устройство с помощью присоединительной резьбы соединяют с нижним концом спускаемой обсадной колонны. После спуска последней в скважину в нее сбрасывают первый управляющий шар, затем повышают величину внутреннего избыточного давления. Гофрированный кожух при этом распрямляется и плотно прижимается к стенке скважины. Далее с помощью изменения величины внутреннего избыточного давления и сброса второго управляющего шара добиваются открытия радиальных каналов для последующих промывки и цементирования скважины.

Однако известное устройство имеет ряд серьезных недостатков, главным из которых являются его низкая надежность, а также сложность в изготовлении и эксплуатации.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению, т.е. прототипом, является проходной заколонный пакер [2] который служит для обеспечения надежной герметизации между обсадной колонной и стенкой скважины. Он состоит из ствола с центральным осевым и радиальным каналами, который с помощью присоединительных резьб устанавливается в составе обсадной колонны. На стволе жестко закреплены два кольца, между которыми размещен цилиндрический кожух, представляющий собой резиновый уплотнительный элемент рукавного типа со стальной арматурой. Радиальный канал ствола перекрывается с помощью обратного клапана, предотвращающего утечки рабочей жидкости из-под уплотнительного элемента. Выпуск рабочей жидкости из кожуха осуществляется через специальный канал в верхней части пакера.

Известное техническое решение сложно и дорого в изготовлении, особенно уплотнительный элемент рукавного типа. В процессе спуска в скважину резина уплотнительного элемента часто повреждается, при этом заколонный пакер полностью выходит из строя. Кроме того, после установки пакера не всегда достигается надежная герметизация заколонного пространства скважины, что обусловлено его конструктивными особенностями.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение эффективности и эксплуатационной надежности устройства.

Поставленная задача достигается в предлагаемом техническом решении тем, что устройство для цементирования обсадной колонны в скважине, которое состоит из ствола с центральным осевым и радиальным каналами и присоединительными резьбами на концах размещенного вокруг ствола цилиндрического кожуха, связанных с концами кожуха колец, а также обратного клапана, установленного с возможностью перекрытия радиального канала в стволе, сообщающего его центральный осевой канал с полостью, образованный наружной поверхностью ствола и внутренней поверхностью кожуха, снабжено втулкой, торцы которой жестко связаны с кожухом, а она сама размещена с наружной стороны кожуха концентрично последнему, причем на наружной поверхности кожуха выполнена канавка, которую перекрывает собой втулка, при этом материал, из которого она изготовлена, обладает более высокими деформационными свойствами, чем материал кожуха. На внутренней поверхности кожуха может быть выполнена дополнительная канавка, ответная канавке на его наружной поверхности, причем на смежные поверхности втулки и кожуха может быть нанесен антиадгезионный материал, например двуокись циркония. В транспортном положении полость, образованная внутренней поверхностью кожуха и наружной поверхностью ствола, может быть заполнена несжимаемой жидкостью, а сами кожух и втулка выполнены с продольными гофрами. На концах ствола могут быть установлены центрирующие элементы.

Таким образом, предлагаемое техническое решение соответствует критерию "Новизна".

Сравнительный анализ предложенного технического решения, проведенный по патентной и технической литературе, не только с прототипом, но и с другими известными техническими решениями в данной области техники, не выявил в них признаки, отличающие предложенное техническое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "Изобретательский уровень".

На фиг. 1 показано предлагаемое устройство, общий вид; на фиг. 2 - сечение А А на фиг.1 втулки и кожуха, в котором выполнена основная канавка; на фиг. 3 то же, в котором выполнены основная и дополнительная канавки.

Предлагаемое устройство для цементирования обсадной колонны в скважине состоит из ствола 1 с центральным осевым 2 и радиальными 3 каналами. Ствол 1 имеет на обоих концах присоединительные резьбы, с помощью которых он размещается в составе обсадной колонны. Снаружи, вокруг ствола 1, установлен цилиндрический кожух 4, концы которого соединены с кольцами 5. Последние жестко закреплены на стволе 1. Радиальный канал 3, который сообщает центральный осевой канал 2 ствола 1 с полостью, образованной внутренней поверхностью кожуха 4 и наружной поверхностью ствола, перекрывается с помощью обратного клапана 6. Он препятствует вытеканию рабочей жидкости из-под кожуха 4 в центральный осевой канал 2 ствола 1.

На кожухе 4, в его средней части, концентрично размещена втулка 7. Ее торцы жестко связаны с кожухом 4. Кожух 4 и втулка 7 выполнены из металла, причем материал, из которого изготовлена втулка 7, обладает более высокими деформационными свойствами, т.е. более пластичен, чем материал кожуха 4. На наружной поверхности кожуха 4, под втулкой 7, выполнена канавка 8. Дополнительная канавка 9, ответная основной канавке 8, выполнена с противоположной стороны кожуха 4, т.е. на его внутренней поверхности. Втулка 7 перекрывает собой основную 8 и дополнительную 9 канавки на кожухе 4.

На смежные поверхности кожуха 4 и втулки 7 нанесен антиадгезионный материал, который предотвращает слипание кожуха и втулки под действием деформационных напряжений. В качестве такого материала может быть использована, например, двуокись циркония.

В транспортном положении для уменьшения наружного диаметра устройства и облегчения его спуска в скважину кожух 4 и втулка 7 могут быть выполнены с продольными гофрами.

Полость, образованная внутренней поверхностью кожуха 4 и наружной поверхностью ствола 1, перед спуском устройства в скважину может быть заполнена несжимаемой жидкостью (т.е. жидкостью с минимальным содержанием растворенных в ней газов), предотвращающей возможное загрязнение полости промывочной жидкостью и осаждение в ней твердых частиц. При этом несжимаемая жидкость может быть закачана в упомянутую полость под избыточным давлением. Величина избыточного давления не должна вызывать преждевременное срабатывание устройства, т.е. радиальную деформацию кожуха 4 и втулки 7.

На концах ствола 1 могут быть установлены центрирующие элементы (не показаны), которые способствуют оптимальному размещению устройства в стволе скважины.

Предлагаемое устройство действует следующим образом.

Перед спуском обсадной колонны в скважину предлагаемое устройство с помощью присоединительных резьб ствола 1 размещается в ее нижней части выше места размещения "стоп" кольца.

После спуска обсадной колонны в скважину осуществляют процесс промывки и цементирования последней. Окончание процесса продавки цементного раствора и посадку цементировочной пробки на "стоп"- кольцо отмечают по резкому увеличению давления на манометре цементировочного агрегата. Избыточное давление внутри обсадной колонны продолжают плавно увеличивать. Это приводит к поступлению порции продавочной жидкости через обратный клапан 6 внутрь кожуха 4, который начинает деформироваться в радиальном направлении, увеличивая свой наружный диаметр. Вместе с кожухом 4 раздувается и втулка 7. При достижении расчетной величины внутреннего избыточного давления внутри обсадной колонны кожух 4 в месте расположения канавки 8 (или канавок 8 и 9) разрушается и жидкость проникает во внутренний зазор между кожухом 4 и втулкой 7. Последующее увеличение внутреннего избыточного давления до заданной величины приводит к тому, что втулка 7 плотно прижимается к стенке скважины, надежно герметизируя тем самым заколонное пространство. В данном случае кожух 4 выполняет роль несущего каркаса конструкции, а втулка 7 за счет своей более высокой пластичности является собственно герметизирующим элементом.

Избыточное давление внутри обсадной колонны стравливают, при этом обратный клапан 6 способствует сохранению избыточного давления в полости между кожухом 4 и стволом 1. Скважину оставляют в покое на время, необходимое для схватывания цементировочного раствора. Дальнейшие работы на скважине проводят в соответствии с утвержденным регламентом.

Использование: в горной промышленности, в частности при строительстве нефтяных и газовых скважин. Обеспечивает повышение эффективности и эксплуатационной надежности устройства для цементирования обсадной колонны в скважине. Сущность изобретения: устройство состоит из ствола. Он имеет центральный осевой и радиальный каналы. С помощью присоединительных резьб на концах ствола устройство размещено в составе обсадной колонны. Снаружи ствола установлен цилиндрический кожух. На его концах установлены кольца. Радиальный канал перекрыт с помощью обратного клапана. На кожухе, концентрично ему, размещена втулка. Она изготовлена из материала, имеющего более высокие деформационные свойства, чем материал кожуха. На наружной поверхности кожуха выполнена канавка. Ее перекрывает втулка. 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для цементирования обсадной колонны в скважине, включающее ствол с присоединительными резьбами на концах и с центральным осевым и радиальным каналами, размещенный вокруг ствола цилиндрический кожух с установленными на его концах кольцами и обратный клапан для перекрытия радиального канала в стволе, который сообщает центральный осевой канал с полостью, образованной наружной поверхностью ствола и внутренней поверхностью кожуха, отличающееся тем, что оно снабжено втулкой, которая размещена на кожухе, концентрично последнему, торцы втулки жестко связаны с кожухом, причем на его наружной поверхности выполнена канавка, при этом материал втулки имеет более высокие деформационные свойства, чем материал кожуха, а втулка перекрывает собой канавку на кожухе. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на внутренней поверхности кожуха выполнена дополнительная канавка, ответная канавка на его наружной поверхности. 3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что на смежные поверхности кожуха и втулки нанесен антиадгезионный материал. 4. Устройство по п.3, отличающийся тем, что в качестве антиадгезионного материала используют двуокись циркония. 5. Устройство по пп.1 4, отличающееся тем, что в транспортном положении полость, образованная внутренней поверхностью кожуха и наружной поверхностью ствола, заполнена несжимаемой жидкостью. 6. Устройство по пп.1 5, отличающееся тем, что в транспортном положении кожух и втулка выполнены с продольными гофрами. 7. Устройство по пп.1 6, отличающееся тем, что оно снабжено центрирующими элементами, размещенными на концах ствола.