Устройство для герметизации хвостовика в обсадной колонне Российский патент 2024 года по МПК E21B33/14 E21B23/06 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к способам и устройствам для цементирования хвостовика в открытом и обсаженном стволе скважины.

Известно устройство для спуска и цементирования хвостовика с вращением (патент РФ №2809392, МПК Е21В 33/14, опубл. Бюл. №35 от 11.12.2023 г.), содержащее муфту с проточкой, расширяющим конусом и резьбой для присоединения устройства к транспортировочной колонне труб, корпус, выполненный в виде расширяемого патрубка, снабженного сужением в верхней части и герметизирующим элементом снаружи сужения патрубка, хвостовик, башмак с клапанным узлом. Муфта присоединена к корпусу таким образом, что при повышении давления выше давления «стоп» происходит выталкивание муфты из патрубка с одновременным расширением его конусом муфты которая снизу в центральном канале снабжена проточкой в которую на срезных элементах установлена подвесная цементировочная пробка с центральным проходным каналом, посадочным седлом под сбрасываемую с устья скважины пробку, посадочным конусом, выполненным на нижнем конце для посадки в седло стоп-кольца. Подвесная цементировочная пробка установлена таким образом, что она перекрывает радиальные отверстия, сообщающие центральный канал муфты и цилиндрической выборки, размещенной внутри переводника, соединяющего патрубок и хвостовик, при этом на верхнем торце патрубка выполнены пазы. Проточка муфты выполнена таким образом, что между проточкой муфты и расширяемым патрубком с герметизирующим элементом образована полость, в которой размещен расширяющий конус с центральным отверстием, с возможностью движения по проточке муфты с одновременным расширением патрубка с уплотнительным элементом при перепаде давления, воздействующего на расширяющий конус через радиальное отверстие в проточке муфты. Нижняя часть муфты, соединенная с верхней частью муфты резьбой в месте упора в переводник снабжена выступами под пазы переводника, кроме того, в нижней части муфты выполнено седло под сбрасываемый шар, а в пазы на верхнем торце патрубка вставлены выступы втулки, которая крепится к верхней части муфты съемно.

Недостатками этого устройства являются:

- недостаточная прочность расширяемого патрубка не обеспечивает герметизацию при высоком наружном давлении из-за снижения уровня при эксплуатации.

- высокая вероятность деформации торцевой части расширяемого патрубка при спуске насосного оборудования в наклонно-направленных и горизонтальных скважинах.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ цементирования хвостовика в скважине и устройство для его осуществления, (патент РФ №2595122, МПК Е21В 33/14, опубл. Бюл. №23 от 20.08.2016 г.), содержащее установочную муфту для присоединения устройства к транспортировочной колонне труб, корпус, хвостовик, башмак с клапанным узлом, отверстие с разрушаемой под гидравлическим давлением диафрагмой, при этом муфта присоединена к корпусу отцепным устройством, внутри корпуса на срезаемых винтах установлена подвесная цементировочная пробка в виде блока эластичных конических манжет с сердечником с центральным проходным каналом и посадочным седлом под сбрасываемую с устья скважины пробку и посадочным конусом, выполненным на нижнем упорном кольце блока конических манжет для посадки в седло стоп-кольца. Отверстие с диафрагмой выполнено в корпусе ниже муфты, ниже которого в корпусе выполнено кольцевое сужение в зоне фиксации срезными винтами подвесной пробки, причем диаметр сужения на 2-6 мм меньше внутреннего диаметра хвостовика, сбрасываемая пробка выполнена в виде технологического шара с плотностью, близкой к плотности тампонажного раствора, при этом на верхнем торце корпуса хвостовика выполнены пазы под наружные выступы, выполненные на поверхности муфты, а отцепной механизм выполнен в виде шариков, вставленных в радиальные отверстия муфты и взаимодействующих снаружи с внутренней выборкой корпуса хвостовика, а изнутри подпертых седлом под бросовый шар, причем минимальный внутренний диаметр седла больше диаметра технологического шара, и седло снабжено выше радиальных отверстий наружной цилиндрической проточкой, зафиксировано срезными элементами в верхнем положении и выполнено с возможностью ограниченного перемещения вниз после разрушения срезных элементов до взаимодействия шариков с проточкой и выхода шариков из взаимодействия с кольцевой выборкой корпуса, при этом клапанный узел выполнен в виде втулки с верхним глухим осевым каналом, в котором размещено стоп-кольцо, и сообщенными с осевым каналом ниже стоп-кольца радиальными каналами, сообщающими пространство башмака над и под втулкой, причем втулка зафиксирована в башмаке срезными винтами в верхнем положении и выполнена с возможностью ограниченного перемещения вниз после разрушения срезных винтов с герметичным перекрытием полости башмака и фиксации замковым механизмом в нижнем положении, причем замковый механизм выполнен в виде пружинного кольца, вставленного в кольцевую выборку снаружи втулки и выполненного с возможностью взаимодействия с внутренней кольцевой выборкой внутри башмака в нижнем положении втулки.

Недостатками это устройства являются:

- после спуска хвостовика и его цементирования отсутствует герметизация верхней части хвостовика в скважине из-за ухода цемента в зону поглощения и обнажения корпуса и верхней части хвостовика, что приводит к высоким материальным затратам по изоляции заколонной циркуляции.

Техническими задачами изобретения являются создание устройства для герметизации хвостовика в обсадной колонне, позволяющего обеспечить герметизацию хвостовика при высоком наружном давлении при эксплуатации, а также исключить вероятность деформации торцевой части при спуске насосного оборудования в наклонно-направленных и горизонтальных скважинах.

Техническая задача решается устройством для герметизации хвостовика в обсадной колонне, содержащим муфту для присоединения устройства к транспортировочной колонне труб, корпус, хвостовик, башмак с клапанным узлом, отверстие открываемое под действием гидравлического давления, муфта присоединена к корпусу отцепным устройством в виде шариков, вставленных в радиальные отверстия муфты и взаимодействующих снаружи с внутренней выборкой корпуса хвостовика, а изнутри подпертых седлом с наружной проточкой под сбрасываемый шар, зафиксированным срезными элементами в верхнем положении и выполненным с возможностью ограниченного перемещения вниз после разрушения срезных элементов до взаимодействия шариков с проточкой и выхода шариков из взаимодействия с кольцевой выборкой корпуса, на верхнем торце корпуса хвостовика выполнены пазы под наружные выступы на поверхности муфты, внутри корпуса на срезных элементах установлена подвесная цементировочная пробка с центральным проходным каналом, посадочным конусом снизу для посадки в седло стоп-кольца, и стопорным устройством сверху для посадки и фиксации малой продавочной пробки.

Новым является то, что отцепное устройство выполнено заодно с корпусом с внутренним диаметром, позволяющим герметично вставить и зафиксировать ствол пакера с герметизирующим элементом и стопорными кольцами, установленными на стволе и выполненными под проточки на внутренней поверхности корпуса, ниже герметизирующего элемента установлена зафиксированная срезным элементом втулка на стволе с возможностью перемещения по стволу и сжатия герметизирующего элемента при посадке пакера в корпус, при этом сверху пакер соединен с колонной труб переводником со срезным элементом, позволяющим извлечь колонну труб с переводником после посадки и фиксации пакера в корпус, причем внутренний диаметр пакера равен внутреннему диаметру обсадных труб хвостовика.

На фиг. 1 изображен хвостовик в сборе, спущенный в заданный интервал скважины.

На фиг. 2 изображена верхняя часть хвостовика после отсоединения от транспортировочной колонны и устройство для герметизации перед установкой в хвостовик.

На фиг. 3 изображено устройство для герметизации, зафиксированное в хвостовике.

Устройство для герметизации хвостовика в обсадной колонне содержит муфту 1 (фиг. 1) для присоединения устройства к транспортировочной колонне труб (на фиг. 1-3 не показана), корпус 2, хвостовик 3, башмак с клапанным узлом 4, отверстие 5, открываемое под действием гидравлического давления.

Муфта 1 присоединена к корпусу 2 отцепным устройством 6 в виде шариков 7, вставленных в радиальные отверстия 8 муфты 1 и взаимодействующих снаружи с внутренней выборкой 9 корпуса 2 хвостовика 3, а изнутри подпертых седлом 10 под сбрасываемый шар (на фиг. 1-3 не показан) с наружной проточкой 11, зафиксированным срезными элементами 12 в верхнем положении и выполненным с возможностью ограниченного перемещения вниз после разрушения срезных элементов 12 до взаимодействия шариков 7 с проточкой 11 и выхода шариков 7 из взаимодействия с кольцевой выборкой 9 корпуса 2. На верхнем торце корпуса 2 хвостовика 3 выполнены пазы 13 под наружные выступы 14 на поверхности муфты 2. Внутри корпуса 2 на срезных элементах 15 установлена подвесная цементировочная пробка 16 с центральным проходным каналом 17, посадочным конусом 18 снизу для посадки в седло стоп-кольца 19, и стопорным устройством 20 сверху для посадки и фиксации малой продавочной пробки (на фиг. 1-3 не показана).

Отцепное устройство 6 (фиг. 2) выполнено заодно с корпусом 2 с внутренним диаметром, позволяющим герметично вставить и зафиксировать ствол 21 пакера 22 с герметизирующими элементами 23 и стопорными кольцами 24, установленными на стволе 21 и выполненными под проточки 25 на внутренней поверхности корпуса 2. Ниже герметизирующих элементов 23 установлена зафиксированная срезным элементом 26 втулка 27 на стволе 21 с возможностью перемещения по стволу 21 и сжатия герметизирующих элементов 23 при посадке пакера 22 в корпус 2. Сверху пакер 2 соединен с колонной труб (на фиг. 1-3 не показана) переводником 28 со срезным элементом 29, позволяющим извлечь колонну труб с переводником 28 после посадки и фиксации пакера 22 в корпус 2, причем внутренний диаметр пакера равен внутреннему диаметру обсадных труб хвостовика 3.

Устройство для герметизации хвостовика в обсадной колонне работает следующим образом.

Хвостовик 3 (фиг. 1), соединенный с транспортировочной колонной (на фиг. 1-3 не показана) через муфту 1 спускается в скважину. Муфта 1 присоединена к корпусу 2 отцепным устройством 6 в виде шариков 7, вставленных в радиальные отверстия 8 муфты 1 и взаимодействующих снаружи с внутренней выборкой 9 корпуса 2 хвостовика 3, а изнутри подпертых седлом 10 под сбрасываемый шар (на фиг. 1-3 не показан).

По достижении заданного интервала скважины производят закачку расчетного объема цементного раствора. Цементный раствор проходит внутри хвостовика, через центральный проходной канал 17 подвесной цементировочной пробки 16 и через отверстия башмака 4 выходит в затрубное пространство. Затем с устья скважины сбрасывают малую продавочную пробку (на фиг. 1-3 не показана), которая садится в стопорное устройство 20, происходит разрушение срезных элементов 15 подвесной пробки 16 и обе пробки, вытесняя цементный раствор в затрубное пространство, передвигаются вниз, до фиксации посадочного конуса 18 в седло стоп-кольца 19. Затем поднятием гидравлического давления открывают отверстие 5 и сбрасывают с устья скважины шар (на фиг. 1-3 не показан). Шар летит в низ и садится в седло 10. Далее происходит разрушение срезных элементов 12, седло 10 перемещается вниз, шарики 7 выходят из взаимодействия с кольцевой выборкой 9 корпуса 2, попадая в кольцевую проточку 11. При этом происходит отсоединение муфты 1 с транспортировочной колонной от хвостовика 3 и колонна с муфтой 1, седлом 10 и бросовым шаром извлекаются на поверхность.

Затем на транспортировочной колонне (на фиг. 1-3 не показана) в скважину спускается пакер 22 (фиг. 2). Ствол 21 пакера 22 с герметизирующими элементами 23 (фиг. 2) и стопорными кольцами 24, установленными на стволе 21, при дохождении до корпуса 2 входит внутрь его до упора втулки 27 в торцевую часть. Далее происходит разрушение срезных элементов 26, и втулка 27 перемещается вверх, сжимая при этом герметизирующие элементы 23 (фиг. 3). Стопорные кольца 24 при этом доходят до проточек 25 на внутренней поверхности корпуса 2 и фиксируются в них. Герметизирующие элементы 23, при этом сжимаясь, увеличиваются в диаметре и плотно прижимаются к стенкам эксплуатационной колонны, надежно перекрывая при этом затрубное пространство. Затем натяжкой транспортировочной колонны разрушают срезные элементы 29 (фиг. 2) переводника 28 и поднимают колонну на поверхность скважины.

Предлагаемое устройство для герметизации хвостовика в обсадной колонне позволяет надежно загерметизировать хвостовик в обсадной колонне при высоком наружном давлении при эксплуатации, а также исключить вероятность деформации торцевой части при спуске насосного оборудования в наклонно-направленных и горизонтальных скважинах.

Изобретение относится к устройству для герметизации хвостовика в обсадной колонне. Техническим результатом является обеспечение герметизации хвостовика при высоком наружном давлении при эксплуатации, а также исключение вероятность деформации торцевой части при спуске насосного оборудования в наклонно-направленных и горизонтальных скважинах. Устройство содержит муфту для присоединения устройства к транспортировочной колонне труб, корпус, хвостовик, башмак с клапанным узлом, отверстие, открываемое под действием гидравлического давления. Муфта присоединена к корпусу отцепным устройством в виде шариков, вставленных в радиальные отверстия муфты и взаимодействующих снаружи с внутренней выборкой корпуса хвостовика, а изнутри подпертых седлом под сбрасываемый шар с наружной проточкой, зафиксированным срезными элементами в верхнем положении и выполненным с возможностью ограниченного перемещения вниз после разрушения срезных элементов до взаимодействия шариков с проточкой и выхода шариков из взаимодействия с кольцевой выборкой корпуса. На верхнем торце корпуса хвостовика выполнены пазы под наружные выступы на поверхности муфты. Внутри корпуса на срезных элементах установлена подвесная цементировочная пробка с центральным проходным каналом, посадочным конусом снизу для посадки в седло стоп-кольца, и стопорным устройством сверху для посадки и фиксации малой продавочной пробки. Отцепное устройство выполнено заодно с корпусом с внутренним диаметром, позволяющим герметично вставить и зафиксировать ствол пакера с герметизирующими элементами и стопорными кольцами, установленными на стволе и выполненными под проточки на внутренней поверхности корпуса. Ниже герметизирующих элементов установлена зафиксированная срезным элементом втулка на стволе с возможностью перемещения по стволу и сжатия герметизирующих элементов при посадке пакера в корпус. Сверху пакер соединен с колонной труб переводником со срезным элементом, позволяющим извлечь колонну труб с переводником после посадки и фиксации пакера в корпус, причем внутренний диаметр пакера равен внутреннему диаметру обсадных труб хвостовика. 3 ил.

Устройство для герметизации хвостовика в обсадной колонне, содержащее муфту для присоединения устройства к транспортировочной колонне труб, корпус, хвостовик, башмак с клапанным узлом, отверстие, открываемое под действием гидравлического давления, муфта присоединена к корпусу отцепным устройством в виде шариков, вставленных в радиальные отверстия муфты и взаимодействующих снаружи с внутренней выборкой корпуса хвостовика, а изнутри подпертых седлом с наружной проточкой под сбрасываемый шар, зафиксированным срезными элементами в верхнем положении и выполненным с возможностью ограниченного перемещения вниз после разрушения срезных элементов до взаимодействия шариков с проточкой и выхода шариков из взаимодействия с кольцевой выборкой корпуса, на верхнем торце корпуса хвостовика выполнены пазы под наружные выступы на поверхности муфты, внутри корпуса на срезных элементах установлена подвесная цементировочная пробка с центральным проходным каналом, посадочным конусом снизу для посадки в седло стоп-кольца, и стопорным устройством сверху для посадки и фиксации малой продавочной пробки, отличающееся тем, что отцепное устройство выполнено заодно с корпусом с внутренним диаметром, позволяющим герметично вставить и зафиксировать ствол пакера с герметизирующим элементом и стопорными кольцами, установленными на стволе и выполненными под проточки на внутренней поверхности корпуса, ниже герметизирующего элемента установлена зафиксированная срезным элементом втулка на стволе с возможностью перемещения по стволу и сжатия герметизирующего элемента при посадке пакера в корпус, при этом сверху пакер соединен с колонной труб переводником со срезным элементом, позволяющим извлечь колонну труб с переводником после посадки и фиксации пакера в корпус, причем внутренний диаметр пакера равен внутреннему диаметру обсадных труб хвостовика.