УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ СКВАЖИН Российский патент 2009 года по МПК E21B33/14 

Устройство для цементирования скважин относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано при креплении скважин, для крепления потайных колонн в основных и вторых стволах скважин, для герметизации кольцевого пространства и сообщения трубного и кольцевого пространства, для закачки технологической жидкости или цементного раствора.

Известно «Устройство для установки и герметизации хвостовика обсадной колонны в скважине по патенту RU №2171366, E21B 43/10, E21B 33/14 от 2001.11.22. опубл. 2001.07.27, включающее корпус, связанную с ним транспортировочную колонну, разъединитель, пакер и якорь, помещенный в верхней части хвостовика.

Устройство снабжено патрубком с радиальными отверстиями, а патрубок имеет в нижней части дроссельно-запорный клапан. В необходимый момент, при определенном расходе жидкости с заданными реологическими свойствами, клапан закрывает внутреннее сечение патрубка, и давление через отверстия воздействует на гидравлические узлы привода якоря, пакера и разъединителя. При этом все эти элементы поочередно приводятся в действие, и транспортировочная колонна с патрубком, после промывки, поднимается на поверхность.

При этом перекрытие калиброванного кольцевого канала и начало срабатывания всех включенных в компоновку устройств происходит в любой момент времени, т.к. любые буровые и цементные растворы имеют ряд механических примесей, которые закрывают канал и приводят к преждевременному срабатыванию устройств.

Кроме этого, создание необходимых реологических свойств затруднительно и требует большого количества техники и затрат времени:

- для закачки объема тампонажного состава и предотвращения его перемешивания с продавочной жидкостью, необходимо использовать продавочные пробки, а они не могут здесь использоваться и тампонажный состав, под действием сил гравитации, закупоривает отверстия в фильтре, используемом по изобретению;

- спуск и цементирование обыкновенного хвостовика не может производиться, т.к. закачка любого объема тампонажного раствора через дроссельно-запорный клапан не возможна в связи с возникающей аварийной ситуацией.

Известно «Устройство для закачивания скважин» по патенту RU 2095545, МПК 6 E21B 33/14, от 1995.05.18, опубл. 1997.11.18. содержащее корпус с циркуляционными отверстиями, в котором концентрично размещена труба, а на корпусе - пакерующие элементы и привод их раскрытия в виде поршня-клина, который образует с корпусом кольцевую полость, сообщающуюся с внутритрубным пространством и снабженную заслонкой, установленной с возможностью осевого перемещения.

В рассмотренных устройствах предусмотрен только спуск потайной колонны с фильтром, а проведение каких-либо других работ в скважине исключено, в связи с их сложностью. Например, спуск потайных колонн, ремонтно-изоляционные работы по ликвидации негерметичности, предотвращение межколонных газоводопроявлений после спуска колонн, изоляция зоны водонефтяного контакта, изоляция пластов в продуктивных горизонтах, не могут проводиться, в связи с отсутствием соответствующих элементов технологической оснастки, а их введение невозможно по разным причинам.

Наиболее близким по технической сути является «Устройство для ступенчатого цементирования обсадной колонны» по патенту RU 2223388, МПК 7 E21B 33/14, содержащее корпус с упорами и циркуляционными отверстиями, заслонку, помещенную внутри корпуса выше циркуляционных отверстий, посадочную втулку, установленную внутри заслонки, фиксатор, расположенный между корпусом и заслонкой, продавочную пробку, включающую стержень и эластичный элемент, заслонка и упор выполнены с взаимоответными пазами и выступами.

Устройство снабжено кожухом, расположенным по периметру корпуса и образующим с ним полость напротив циркуляционных отверстий, в полости, выше этих 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.

Но данное устройство не позволяет исключить загрязнение продуктивного пласта или фильтра цементным раствором и предотвратить межколонные проявления (газ, нефть, вода).

Задачей предлагаемого технического решения является создание устройства для безопасной закачки цементного раствора в кольцевое пространство без его проникновения ниже устройства, с предотвращением загрязнения продуктивных горизонтов или фильтра и разобщения трубного и кольцевого пространства.

Задача решена за счет того, что предлагаемое устройство для цементирования скважин содержит ствол с технологическими и циркуляционными отверстиями и осевым каналом, в котором установлены с возможностью осевого перемещения продавочная пробка с наконечником и стопорная втулка, при этом стопорная втулка, размещенная на уровне технологических отверстий, а после осевого перемещения на уровне циркуляционных отверстий, снабжена расположенным на ее верхнем торце седлом с диаметром, равным диаметру наконечника продавочной пробки, в седле стопорной втулки установлен стопор, на нижнем торце стопорной втулки выполнены выточки, а в стволе установлены ограничители.

Размещение в осевом канале стопорной втулки, размещенной на уровне технологических отверстий, а после осевого перемещения на уровне циркуляционных отверстий, позволяет быстро и надежно герметизировать трубное пространство спускаемой колонны от затрубного пространства.

Снабжение верхнего торца стопорной втулки седлом, диаметр которого равен диаметру наконечника продавочной пробки, позволяет разобщить трубное пространство спускаемой колонны на две полости для закачивания раствора через верхнюю полость, не загрязняя при этом нижнюю полость.

Выполнение на нижнем торце стопорной втулки выточек, которые после осевого перемещения стопорной втулки входят в зацепление со стопорами и установка стопора в седле стопорной втулки, позволяет исключить проворот продавочной пробки и стопорной втулки при их разбуривании.

Устройство для цементирования скважин изображено на чертежах, где на фиг.1 показано устройство до срабатывания, на фиг.2 - устройство после срабатывания.

На фиг.1 и 2 изображены верхний 1 переводник, кожух 2, ствол 3, золотник 4, открывающая втулка 5, срезные винты 6, нажимной поршень 7, конус 8, уплотнитель 9, резьба 10, срезные винты 11, нижний 12 переводник, ограничители 13, срезные винты 14, стопорная втулка 15, циркуляционные отверстия 16, технологические отверстия 17, продавочная пробка 18, стопор 19, верхнее стопорное кольцо 20, срезные винты 21, кольцевая полость 22, нижнее стопорное кольцо 23, центраторы 24, эксплуатационная колонна 25, спускаемая колонна 26, проточки 27, седло 28 и наконечник 29.

Устройство для цементирования скважин выполнено следующим образом.

Устройство состоит из уплотнительного узла и клапанного узла. Клапанный узел содержит верхний переводник 1, соединенный со стволом 3 и кожухом 2. Они образуют кольцевую полость 22, в которой друг за другом, с возможностью осевого перемещения, установлены: золотник 4 на срезных винтах 6, открывающая втулка 5 на срезных винтах 11. Верхнее стопорное кольцо 20 установлено в конической полости между кожухом 2 и золотником 4. В осевом канале ствола 3 на уровне технологических отверстий 17 размещена и зафиксирована срезными винтами 21, с возможностью осевого перемещения, стопорная втулка 15, верхний торец которой снабжен седлом 28 с диаметром, равным диаметру наконечника 29 продавочной пробки 18. В седле 28 стопорной втулки 15 установлен стопор 19. На нижнем торце стопорной втулки 15 выполнены выточки 27. В стволе 3 установлены ограничители 13. После осевого перемещения, открывая технологические отверстия, стопорная втулка 15 размещается на уровне циркуляционных отверстий 16, перекрывая их.

Уплотнительный узел содержит нажимной поршень 7, установленный в полости 22 на срезных винтах 14, и нижнее стопорное кольцо 23, размещенное в конической полости между кожухом 2 и нажимным поршнем 7. На стволе 3 установлен конус 8, соединенный с нажимным поршнем 7. Нижний 12 переводник соединен со стволом 3 резьбой 10. Уплотнитель 9 установлен на стволе 3 между нижним 12 переводником и конусом 8.

Устройство соединяется со спускаемой колонной 26 верхним 1 и нижним 12 переводниками, имеющими центраторы 24 для центрирования устройства в эксплуатационной колонне 25 и защиты уплотнителя 9.

Устройство для цементирования скважин работает следующим образом.

Устройство состоит из уплотнительного и клапанного узлов, которые подготавливают перед спуском в скважину. Определяют избыточное давление для срезки винтов 11, 14 и устанавливают их необходимое количество.

Уплотнительным узлом обеспечивают герметизацию кольцевого пространства 22 при использовании устройства как внутри обсадной колонны, так и в открытом стволе скважины, в том числе и при стволе скважины, пробуренном долотами с эксцентриситетом.

Клапанным узлом обеспечивают герметизацию трубного пространства спускаемой колонны 26 при цементировании затрубного пространства.

После спуска и установки устройства в необходимый интервал эксплуатационной колонны 25 в спускаемой колонне 26 повышают давление до величины срезки винтов 14. Нажимной поршень 7 перемещается, вниз толкая конус 8, под уплотнитель 9, который, увеличиваясь в диаметре, перекрывает и герметизирует полость между спускаемой колонной 26 и эксплуатационной колонной 25. Нижнее стопорное кольцо 23 фиксирует поршень 7 и конус 8 от обратного хода, сохраняя контакт уплотнителя 9 с эксплуатационной колонной 25. Далее повышают давление в спускаемой колонне 26, воздействуя на торец открывающей втулки 5, срезаются винты 11. Открывающая втулка 5 перемещается вниз и открывает циркуляционные отверстия 16 для закачки цементного раствора или технологических жидкостей в полость между эксплуатационной колонной 25 и спускаемой колонной 26. Затем в спускаемую колонну 26 вводят продавочную пробку 18 для вытеснения закачанного раствора и повышают давление. Продавочная пробка 18, достигая устройства наконечником 29, контактирует с седлом 28 стопорной втулки 15, которая срезает винты 21.

Стопорная втулка 15, размещенная на уровне технологических отверстий 17, перемещается вниз, перекрывая циркуляционные отверстия 16, одновременно открывая технологические отверстия 17, и проточками 27 входит в ограничители 13, установленные в стволе 3. Через технологические отверстия 17 давление передается на верхний торец золотника 4, который, срезая винты 6, перемещается вниз, перекрывая циркуляционные отверстия 16 между стволом 3 и кожухом 2, и фиксируется от обратного хода верхним стопорным кольцом 20.

Давление в спускаемой колонне 26 снижают до гидростатического, разбуривают продавочную пробку 18 и стопорную втулку 15, проворот которых исключен за счет взаимодействия ограничителей 13 с проточками 27 стопорной втулки 15, и наконечника 29 продавочной пробки 18 со стопором 19, установленным в седле 28 стопорной втулки 15.

Техническим результатом является создание устройства для безопасной закачки цементного раствора в кольцевое пространство, без его проникновения ниже устройства, с предотвращением загрязнения продуктивных горизонтов или фильтра, и разобщения трубного и кольцевого пространства за счет размещения в осевом канале стопорной втулки, размещенной на уровне технологических отверстий, а после осевого перемещения, на уровне циркуляционных отверстий, снабжения верхнего торца стопорной втулки седлом, диаметр которого равен диаметру наконечника продавочной пробки, выполнения на нижнем торце стопорной втулки выточек, которые после осевого перемещения стопорной втулки входят в зацепление со стопорами, и установки стопора в седле стопорной втулки.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано при креплении скважин, для крепления потайных колонн в основных и вторых стволах скважин, для герметизации кольцевого пространства и сообщения трубного и кольцевого пространства, для закачки технологической жидкости или цементного раствора. Обеспечивает безопасную закачку цементного раствора в кольцевое пространство, без его проникновения ниже устройства, с предотвращением загрязнения продуктивных горизонтов или фильтра, и разобщения трубного и кольцевого пространства за счет размещения в осевом канале стопорной втулки, размещенной на уровне технологических отверстий, а после осевого перемещения, на уровне циркуляционных отверстий, снабжения верхнего торца стопорной втулки седлом, диаметр которого равен диаметру наконечника продавочной пробки, выполнения на нижнем торце стопорной втулки выточек, которые после осевого перемещения стопорной втулки входят в зацепление со стопорами, и установки стопора в седле стопорной втулки. 2 ил.

Устройство для цементирования скважин, содержащее связанный со спускной колонной посредством верхнего переводника ствол с технологическими и циркуляционными отверстиями и осевым каналом, уплотнительный узел, включающий размещенные на стволе конус, соединенный с нажимным поршнем, уплотнитель, клапанный узел, включающий размещенное в осевом канале ствола седло, втулку, установленную на стволе с возможностью перемещения относительно циркуляционных отверстий, срезные винты, продавочную пробку с наконечником, отличающееся тем, что клапанный узел включает кожух, закрепленный на верхнем переводнике с образованием между кожухом и стволом кольцевой полости, в которой последовательно размещены закрепленные соответственно на стволе и кожухе посредством срезных винтов золотник со стопорным кольцом и втулка, установленные с возможностью осевого перемещения в рабочем положении и соответственно открывания технологических отверстий и открывания и перекрытия циркуляционных отверстий, при этом клапанный узел снабжен размещенной в осевом канале ствола на уровне технологических отверстий и зафиксированной в стволе срезными винтами стопорной втулкой, верхний торец которой выполнен в виде седла с диаметром, равным диаметру наконечника продавочной пробки, причем в седле стопорной втулки установлен стопор для фиксации наконечника продавочной пробки, а на нижнем торце выполнены проточки для взаимодействия с закрепленными в стволе ограничителями, при этом стопорная втулка установлена в стволе с возможностью осевого перемещения и размещения на уровне циркуляционных отверстий, одновременно закрывая последние и открывая технологические отверстия, а нажимной поршень установлен в кольцевой полости, образованной между кожухом и стволом, и зафиксирован в стволе срезными винтами.