Устройство для ступенчатого цементирования обсадной колонны Российский патент 2004 года по МПК E21B33/14 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано при цементировании обсадных колонн в две стадии в нефтяных и газовых скважинах.

Известна муфта для ступенчатого цементирования обсадной колонны, включающая корпус с циркуляционными отверстиями и установленными в них пробками, упор для закрывания втулки корпуса, посадочную втулку под разделительную пробку (1).

Недостатки устройства:

- внутреннее сечение муфты меньше внутреннего сечения обсадной колонны за счет заслонки, закрывающей циркуляционные отверстия;

- при разбуривании цементного камня внутри муфты возможна разгерметизация колонны за счет разрушения заслонки, выступающей во внутрь колонны.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является муфта для ступенчатого цементирования обсадной колонны, содержащая корпус с упором и циркуляционными отверстиями, заслонку, помещенную внутри корпуса выше циркуляционных отверстий и соединенную с ним срезными элементами, посадочную втулку, установленную внутри заслонки и соединенную с ней с помощью шпилек, фиксатор, расположенный между корпусом и заслонкой, причем заслонка и упор выполнены с взаимоответными пазами и выступами, и продавочную пробку, включающую стержень и эластичный элемент (2).

Существенными недостатками устройства являются:

- отсутствие гарантии того, что пробки 3 выпадут из корпуса одновременно, в противном случае, при промывке будет создаваться высокое давление;

- возможность создания каверн, обусловленная горизонтальным расположением циркуляционных отверстий и высоким давлением, которые впоследствии могут обвалиться и перекрыть эти отверстия и тем самым исключить возможность закачки цементного раствора второй ступени;

- необходимость создания большого давления при перекрытии циркуляционных отверстий может привести к разрушению уплотнительных колец заслонки о края отверстий и вызвать разгерметизацию этого узла, что приведет к перетоку цементного раствора во внутрь обсадной колонны и подъему продавочной пробки. В этом случае возникнет необходимость оставления обсадной колонны после продавки цементного раствора второй ступени под давлением.

Задачей изобретения является создание устройства, обладающего высокой надежностью в работе его узлов и деталей и гарантирующих успешность и высокое качество проведения операции по закачке цементного раствора второй ступени.

Указанная задача решается предлагаемым устройством, содержащим корпус с упором и циркуляционными отверстиями, заслонку, помещенную внутри корпуса выше циркуляционных отверстий и соединенную с ним срезными элементами, посадочную втулку, установленную внутри заслонки и соединенную с ней с помощью шпилек, фиксатор, расположенный между корпусом и заслонкой, причем заслонка и упор выполнены с взаимоответными пазами и выступами, и продавочную пробку, включающую стержень и эластичный элемент.

Новым является то, что устройство снабжено кожухом, расположенным по периметру корпуса и образующим с ним полость напротив циркуляционных отверстий, в которой выше упомянутых отверстий установлен шибер, соединенный с корпусом срезными элементами, а внутренний диаметр посадочной втулки выбран под наружный диаметр нижней части стержня продавочной пробки, в конусной расточке которого установлен дополнительный фиксатор.

Новым также является то, что дополнительный фиксатор выполнен в виде разрезного, пружинного, конусного кольца, острие которого направлено в сторону нижней части устройства; посадочная втулка в нижней части снабжена кольцевым упором, в рабочем положении взаимодействующим с дополнительным фиксатором; шибер выполнен в виде кольцевой втулки.

На чертеже изображено предлагаемое устройство в продольном разрезе.

Оно состоит из корпуса 1 с циркуляционными отверстиями 2, упора 3, функции которого выполняет патрубок, соединенный с обсадной колонной. На корпус надет кожух 4 напротив циркуляционных отверстий 2 и образует с ним полость 5, в которой установлен шибер 6, соединенный с корпусом срезными элементами 7. Внутри корпуса находится заслонка 8, а внутри последней - посадочная втулка 9, причем заслонка соединена с корпусом срезными элементами 10, а с посадочной втулкой - шпильками 11. В теле корпуса с внутренней стороны в конусной расточке находится фиксатор 12, а с наружной стороны имеется кольцевая расточка 13.

Вместе с устройством в комплекте используются стоп-узел, нижняя и верхняя продавочные пробки.

Стоп-узел состоит из седла 14, корпуса 15, муфт 16 и 17 и башмака 18.

Нижняя продавочная пробка включает стержень 19, эластичную манжету 20 и фиксатор 21. Верхняя продавочная пробка включает стержень 22, эластичную манжету 23 и фиксатор 24.

Фиксаторы 21 и 24 установлены соответственно в конусных расточках стержней 19 и 22 и имеют одинаковую конструкцию, в т.ч. и фиксатор 12, а именно, они выполнены в виде разрезного, пружинного, конусного кольца.

Сопрягаемые участки деталей снабжены уплотнениями 25.

Посадочная втулка 9, шпильки 11 и стержень 22 изготовлены из легкоразбуриваемого материала.

Работает устройство следующим образом.

Его в комплекте со стоп-узлом в составе обсадной колонны спускают в скважину на проектную глубину с таким расчетом, чтобы устройство находилось выше продуктивного пласта на расчетном расстоянии. После этого во внутрь обсадной колонны закачивают по обычной технологии цементный раствор первой ступени с применением нижней продавочной пробки в объеме, необходимом для перекрытия устройства на 40-50 м. При окончании цементирования пробка садится на седло 14, а уплотнения 25 пробки входят во внутрь седла на участке с меньшим диаметром и плотно прижимаются к ее поверхности, а фиксатор 21 надежно удерживает пробку от усилий, действующих на нее снизу вверх. При дальнейшем повышении давления внутри колонны до 15,0 МПа разрушаются срезные элементы 7, шибер 6 поднимается вверх и выходит из кожуха 4. Осуществляют промывку заколонного пространства через циркуляционные отверстия 2.

После ОЗЦ (ожидания затвердевания цемента) осуществляют закачку расчетного объема цементного раствора второй ступени с использованием верхней продавочной пробки через циркуляционные отверстия 2.

При окончании цементирования пробка садится на посадочную втулку 9, при этом участок стержня 22 большего диаметра с уплотнениями входит во внутрь втулки и плотно прижимается к ее поверхности, а фиксатор 24 надежно фиксирует ее во втулке 9. Давление внутри колонны повышается, и при его величине около 15,0 МПа разрушаются срезные элементы 10, заслонка 8 вместе с втулкой 9 перемещаются вниз, срабатывает фиксатор 12 и перекрывают отверстия 2, обеспечивая герметизацию устройства с внутренней стороны. Шибер 6 опускается вниз и обеспечивает герметизацию устройства с внешней стороны.

Допустим самый худший вариант: пропускают шибер 6, и заслонка 8, т.е. давление столба цементного раствора в затрубном пространстве, действуя на пробку, стремится вывести ее из контакта с втулкой 9. Однако разрезное пружинное кольцо-фиксатор 24, перемещаясь в осевом направлении, упирается в кольцевой упор 26 и заклинивается поверхностью конусной расточки стержня 22, надежно удерживая продавочную пробку. При этом, чем больше давление действует на пробку, тем сильнее ее фиксация.

После ОЗЦ цементного раствора второй ступени производят разбуривание верхней продавочной пробки, посадочной втулки 9 и шпилек 11, после чего скважина готова к дальнейшим технологическим операциям.

Предлагаемое устройство обладает высокой надежностью в работе узлов и деталей, обеспечивает высокую степень герметизации (шибер, заслонка) и надежную фиксацию верхней продавочной пробки (дополнительный фиксатор), что в конечном итоге гарантирует успешность и высокое качество проведения операции по закачке цементного раствора второй ступени.

Использованная информация

1. Аналог. А.С. СССР № 1694861, МКИ Е 21 В 33/14, 1991.

2. Прототип. Патент РФ № 2074311, МКИ 6 Е 21 В 33/14, 1997.

Изобретение используют в нефтедобывающей промышленности при цементировании обсадных колонн в две стадии в нефтяных и газовых скважинах. Обеспечивает высокую надежность в работе, успешность и высокое качество проведения операции по закачке цементного раствора второй ступени. Сущность изобретения: устройство содержит корпус с упором и циркуляционными отверстиями, заслонку, помещенную внутри корпуса выше циркуляционных отверстий и соединенную с ним срезными элементами, посадочную втулку, установленную внутри заслонки и соединенную с ней с помощью шпилек, фиксатор, расположенный между корпусом и заслонкой, и продавочную пробку, включающую стержень и эластичный элемент. Заслонка и упор выполнены с взаимоответными пазами и выступами. Согласно изобретению устройство снабжено кожухом, расположенным по периметру корпуса и образующим с ним полость напротив циркуляционных отверстий. В полости выше упомянутых отверстий установлен шибер, соединенный с корпусом срезными элементами. Внутренний диаметр посадочной втулки выбран под наружный диаметр нижней части стержня продавочной пробки, в конусной расточке которого установлен дополнительный фиксатор. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для ступенчатого цементирования обсадной колонны, содержащее корпус с упором и циркуляционными отверстиями, заслонку, помешенную внутри корпуса выше циркуляционных отверстий и соединенную с ним срезными элементами, посадочную втулку, установленную внутри заслонки и соединенную с ней с помощью шпилек, фиксатор, расположенный между корпусом и заслонкой, причем заслонка и упор выполнены с взаимоответными пазами и выступами, и продавочную пробку, включающую стержень и эластичный элемент, отличающееся тем, что устройство снабжено кожухом, расположенным по периметру корпуса и образующим с ним полость напротив циркуляционных отверстий, в которой выше упомянутых отверстий установлен шибер, соединенный с корпусом срезными элементами, а внутренний диаметр посадочной втулки выбран под наружный диаметр нижней части стержня продавочной пробки, в конусной расточке которого установлен дополнительный фиксатор.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительный фиксатор выполнен в виде разрезного, пружинного, конусного кольца, острие которого направлено в сторону нижней части устройства.3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что посадочная втулка в нижней части снабжена кольцевым упором, в рабочем положении взаимодействующим с дополнительным фиксатором.4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что шибер выполнен в виде кольцевой втулки.