Устройство для цементирования скважин Российский патент 2024 года по МПК E21B33/05 E21B33/14 E21B33/16 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к способам и устройствам для цементирования и установки обсадных колонн в скважине.

Известно Устройство спуска и цементирования обсадных колонн, содержащее вибровозбудитель и частотный преобразователь, при этом вибровозбудитель состоит из двух дебалансных электромеханических вибраторов, смонтированных на надземную часть обсадной колонны непосредственно под цементировочной головкой с помощью вертикально расположенных опорных плит, охватывающих обсадную трубу. (Заявка № 2005111493, E21B 33/14; 28/00, опубликовано: 27.10.2006 г.).

Недостатками известного устройства являются возникновение зон недосигаемых для закачеваемых жидкостей во время цементирования скважины, так называемые языки.

Наиболее близким техническим устройством является Устройство спуска и цементирования обсадных колонн, содержащее инструмент спуска и обсадную колонну, удлинитель, подсоединенный к инструменту спуска и выполненный для состыковки инструмента спуска с цементировочной головой, цементировочная голова смонтирована к обсадной колонне и выполнена с возможностью вращения относительно соединенных к ней напорных манифольдов вместе с инструментом спуска, удлинителем и обсадной колонной, инструмент спуска с удлинителем к силовому приводу, цементировочная голова к удлинителю и обсадная колонна к цементировочной голове соединены через переводники, которые выполнены с возможностью защиты инструмента спуска и силового привода от критического момента вращения (патент РФ № 2765934, E21B 33/04; 33/14 , опубликовано: 07.02.2022 г.,) взятое в качестве ближайшего аналога (прототип).

Недостатками известного устройства является то, что при монтаже частей выполняется остановка обсадной колонны и возникают риски прилипнуть колонной к стволу скважины, заявленное техническое решение имеет возможность выполнять вращение не оставлять без движения обсадную колонну за счет ротора.

Технический результат заключается в повышении качества цементирования обсадных колонн за счет чего повышается долговечность крепления скважин на протяжении их эксплуатации (добычи сырья) посредством закачки различных жидкостей во время вращения обсадной колонны в затрубное и межколонное пространство.

Поставленный технический результат достигается тем, что Устройство для цементирования скважин содержит привод, переводник, цементировочную голову, переводник быстросъемный, обсадную колонну, клинья, цементировочная голова включает в себя трубу, три вертлюга, корпус, содержащий две камеры закачки, под разделительную и продавочную пробки, которые зафиксированы штоком и закреплены на штурвалах, которые держат разделительную и продавочную пробки, манифольдная линия с кранами высокого давления, привод и цементировочная голова герметично соединены между собой посредством переводника с возможностью передачи вращения, цементировочная голова и обсадная колонна герметично соединены между собой посредством переводника быстросъемного с возможностью передачи вращения и с возможностью осуществлять закачку различных жидкостей во время вращения обсадной колонны, подвижные соединения корпуса с камерами закачки выполнены с возможностью исключения потерь герметичности при воздействии на соединения высокоскоростного потока агрессивных жидкостей посредством подшипников скольжения в сочетании с использованием многослойных композитных уплотнений и с возможностью осуществлять демонтаж или монтаж камер закачки и замену подшипников без применения специального оборудования.

На фигуре схематично изображено устройство цементирования скважин.

Устройство для цементирования скважин, на котором обозначены следующие позиции:

1 - привод,

2 - переводник,

3 - цементировочная голова,

4 - переводник быстросъемный,

5 - обсадная колонна,

6 - клинья,

7 - скважина,

8 - камера под разделительную пробку,

9 - камера под продавочную пробку,

10 - вертлюги,

11 - труба,

12 - штурвалы.

Устройство содержит привод 1, переводник 2, цементировочную голову 3, переводник быстросъемный 4, обсадную колонну 5 и клинья 6.

Привод 1 представляет собой систему верхнего силового привода 1, содержащую двигатель с адаптерами и превенторами для осуществления быстрой и безаварийной проводки вертикальных, наклонно-направленных горизонтальных скважин при бурении.

Переводник 2 представляет собой патрубок, снабженный резьбовым-замковым элементом на концах.

Переводник 2 герметично соединяет между собой привод 1 с цементировочной головой 3, обеспечивая передачу нагрузки для вращения обсадной колонны 5 через цементировочную голову 3.

Переводник 2 с одной стороны выполнен с резьбой, которая соответствует резьбе на обсадной колонне 5, а с другой стороны снабжен ответными частями, выполненные с возможностью стыковки с замками на цементировочной голове 3, обеспечивая герметичное соединение между приводом 1 и цементировочной головой 3.

Цементировочная голова 3, например, типа RCH, включает в себя трубу 11 и три вертлюга 10, корпус, содержащий две камеры закачки, под разделительную 8 и продавочную 9 пробки, которые зафиксированы штоком (на фиг. не показано) и закреплены на штурвалах, которые держат разделительную 8 и продавочную 9 пробки, манифольдная линия с кранами высокого давления, которая идет в сборе цементировочной головой 3.

Подвижные соединения корпуса с камерами закачки выполнены с возможностью, исключающей потери герметичности при воздействии на соединения высокоскоростного потока агрессивных жидкостей, содержащих в своем составе абразивные включения, в условиях высокого давления составе абразивные включения, в условиях высокого давления до 800 атм. и перепада температур. Кроме того, подвижное соединение корпуса с многослойными композитными уплотнениями (на фиг. не показаны) позволяет осуществлять демонтаж или монтаж камер 8 и 9 закачки и замену подшипников скольжения (на фиг. не показаны) без применения специального оборудования, такого, как торкмашины, что существенно сокращает время и стоимость ремонта цементировочной головы.

Разделительная пробка 8 снабжена мембраной (на фиг. не показана), размещенной в центральной части корпуса цементировочной головки 3, которая открывается при посадке в циркуляционный клапан обратного действия, входящий в состав обсадной колонны 5 и расположенный у забойной глубины скважины 7.

Переводник быстросъемный 4 представляет собой участок высокопрочной трубы.

Переводник быстросъемный 4 обеспечивает быстросъёмное соединение цементировочной головы 3 с обсадной колонной 5 посредством ригельного элемента (на фиг. не показано), по принципу открыть или закрыть, позволяя не оставлять обсадную колонну 5 без движения на время, обеспечивающее не прилипание обсадной колонны 5 к стволу скважины 7, так как без движения обсадная колонна 5 «прилипает» к стволу скважины 7 и впоследствии не может вращаться.

Переводник быстросъемный 4 обеспечивает возможность осуществлять закачку различных жидкостей во время вращения обсадной колонны 5 из корпуса цементировочной головы 3 в обсадную колонну 5.

Во время вращения обсадной колонны 5 вертлюги 10 стоят на месте, а труба 11 вращается с помощью привода 1.

Обсадная колонна 5 представляет собой совокупность обсадных труб, спускаемых в скважину в процессе ее бурения, предназначенная для укрепления буровых скважин и изоляции продуктивных горизонтов при эксплуатации.

Клинья 6 представляют собой зажимы, обеспечивающие возможность нести нагрузку всей обсадной колонны 5 для разгрузки обсадной колонны 5 при спускоподъёмных операциях.

Устройство для цементирования скважин работает следующим образом.

На устье Устройство монтируют для чего последовательно соединяют между собой привод 1, переводник 2, цементировочную голову 3, переводник быстросъемный 4 и обсадную колонну 5 с клиньями 6.

Посадка Устройства при монтаже в скважину 7 идет сверху вниз и, таким образом элементы Устройства: привод 1, переводник 2, цементировочная голова 3, переводник быстросъемный 4 и обсадная колонна 5 фиксируются - захлопываются затем в пол-оборота резьбового-замкового элемента.

Переводник быстросъемный 4 закрепляют на обсадной колонне 5 посредством ригельного элемента, обеспечивая возможность осуществлять вращение обсадной колонне 5.

Переводник быстросъемный 4 с ригельным элементом («замком») навернут на обсадную колонну 5, таким же соединением что и обсадные трубы обсадной колонны 5 между собой наворачиваются.

А сверху быстросъёмное соединение переводника быстросъемного 4 закреплено с цементировочной головой 3.

Цементировочная голова 3 размещена между переводником 2 и переводником быстросъемным 4 и закреплена с ними с поддержкой технологией вращения, позволяющей вращать обсадную колонну 5 при закачке жидкостей, например, жидкости в виде цементного раствора, жидкости в виде тампонажного раствора, в скважину 7 через три вертлюга 10, размещая жидкости в скважине 7 согласно технического задания,

при этом линия в виде трех вертлюг 10, двух камер закачки с разделительной 8 и продавочной 9 пробками, манифольдная линия с кранами высокого давления, по которой идет закачка жидкостей стоит на месте.

Вертлюги 10 обеспечивают герметичность при закачке жидкостей и предоставляют возможность закачивать жидкости из соответствующих устройств подачи жидкости, например, цементный раствор с цементировочных агрегатов, располагая жидкости в скважине 7 согласно технического задания, например, цементный раствор закачивают в затрубное и межколонное пространство.

Посадка Устройства в скважине 7 сверху вниз Устройство посредством резьбового-замкового элемента завершена.

Устройство готово к работе.

Спускают в скважину 7 обсадную колонну 5 и разгружают ее на клинья 6. Приводят во вращение систему верхнего силового привода 1, цементировочную голову 3 предварительно соединенную с устройством подачи жидкости (на фиг. не показано).

Начинают первый этап, например, этап цементирования, при котором осуществляют циркуляцию скважины 7 буровым раствором, промывая ее от цементного раствора, находящегося в скважине. Циркуляция буровым раствором приводит буровой раствор в движение, позволяя быстро заместить буровой раствор на цементный раствор. Буровой раствор из устройства подачи жидкости поступает в две камеры закачки с разделительной 8 и продавочной 9 пробками во внутрь трубы 11 цементировочной головы 3, далее вовнутрь обсадной колонны 5 и затем в скважину 7, при этом система верхнего силового привода 1 вращает трубу 11 цементировочной головой 3 и обсадную колонну 5, обеспечивая равномерное распределение жидкости, например, жидкости в виде бурового раствора, при закачке.

Закачку бурового раствора осуществляют в расчетном количестве согласно технического задания.

После чего осуществляют второй этап, например, этап закачки буферных жидкостей, чтобы разделить буровой раствор от цементного раствора, и сброс разделительной пробки 8, которая размещена внутри одной из двух камер закачки цементировочной головы 3 и зафиксирована штоком.

Далее закачивают цементный раствор по верх разделительной пробки 8 и производят сброс продавочной пробки 9, которая размещена внутри одной из двух камер закачки цементировочной головы 3 и зафиксирована штоком, обеспечивая прокачку всего цементного раствора в кольцевое пространство между обсадной колонной 5 и скважиной 7.

Затем закачивают продавочную жидкость, которая проталкивает все жидкости, закаченные в скважину 7, к устью скважины, т.е. на вверх.

В процессе работы Устройства, а именно, в процессе закачки жидкостей и циркуляции скважины 7 буровым раствором, вращение обсадной колонны 5 позволяла жидкостям равномерно распределяться во всём кольцевом пространстве, а не частями как это происходит при известных устройствах цементирования.

Равномерное распределение жидкостей во всём кольцевом пространстве в дальнейшем обеспечивает увеличение долговечности в эксплуатации и сокращение вероятности возникновения МКД (межколонной давление), приводящие к ремонтно-изоляционным работам на устье и как следствие остановку эксплуатации скважины 7.

Пример.

Использование Устройства было осуществлена на территории Тюменской области.

На устье Устройство монтируют и спускают в скважину 7 обсадную колонну 5, разгружая ее на клинья 6.

Приводят во вращение систему верхнего силового привода 1 и цементировочную голову 3, соединенную с устройством подачи бурового раствора, буферной жидкости, цементного раствора, и продавочной жидкости.

Закачку растворов и жидкостей производят в расчетных объемах.

В качестве буферной жидкости использовали водносолевой состав плотности 1,1 г/см³.

В качестве продавочной жидкости использовали техническую воду плотности 1,03 г/см³

Сначала скважину 7 промывают буровым раствором, в объёме двух циклов устье-забой-устье, при этом система верхнего силового привода 1 вращает трубу 11 цементировочной головы 3 и обсадную колонну 5.

После промывки скважины 7 и не останавливая процесс вращения системы верхнего силового привода 1 и цементировочной головы 3, осуществляют закачку буферной жидкости в виде водносолевого состава и сброс разделительной пробки 8, разделяя буровой раствор от цементного раствора.

Также, не прерывая вращение обсадной колонны 5, закачивают цементный раствор поверх разделительной пробки 8. После окончания закачки цементного раствора производят сброс продавочной пробки 9, далее продолжают операцию по продавке цементного раствора в кольцевое пространство скважины 7, закачивая продавочную жидкость с процессом вращения, которая проталкивает все жидкости, закаченные в скважину 7, к устью скважины, т.е. на вверх, обеспечивая равномерное распределение жидкостей во всём кольцевом пространстве в скважине 7, увеличение долговечности в эксплуатации и сокращение вероятности возникновения МКД (межколонной давление), приводящие к ремонтно-изоляционным работам на устье и как следствие остановку эксплуатации скважины 7, повышая качество цементировании.

Заявленное Устройство повышает качество цементирования обсадных колонн в скважине за счет чего увеличивается долговечность крепления скважин на протяжении их эксплуатации (добычи сырья) посредством закачки различных жидкостей во время вращения обсадной колонны в затрубное и межколонное пространства.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к средствам для цементирования и установки обсадных колонн в скважине. Техническим результатом является повышение качества цементирования обсадных колонн в скважине. Заявлено устройство для цементирования скважин, содержащее последовательно соединенные между собой привод, переводник, цементировочную голову, переводник быстросъемный, обсадную колонну и клинья. При этом цементировочная голова включает в себя трубу, соединенную с корпусом, содержащим две камеры закачки, под разделительную и продавочную пробки, которые зафиксированы штоком и закреплены на штурвалах, которые держат разделительную и продавочную пробки, и манифольдную линию с кранами высокого давления. Привод и цементировочная голова герметично соединены между собой посредством переводника с возможностью передачи вращения. Цементировочная голова и обсадная колонна герметично соединены между собой посредством переводника быстросъемного с возможностью передачи вращения и с возможностью осуществлять закачку различных жидкостей во время вращения обсадной колонны. При этом цементировочная голова включает в себя подвижные соединения корпуса с камерами закачки, выполненные в виде трех вертлюгов с возможностью исключения потерь герметичности при воздействии на соединения высокоскоростного потока агрессивных жидкостей посредством подшипников скольжения в сочетании с использованием многослойных композитных уплотнений и с возможностью осуществлять демонтаж или монтаж камер закачки и замену подшипников. 1 ил.

Устройство для цементирования скважин, содержащее последовательно соединенные между собой привод, переводник, цементировочную голову, переводник быстросъемный, обсадную колонну и клинья, при этом цементировочная голова включает в себя трубу, соединенную с корпусом, содержащим две камеры закачки, под разделительную и продавочную пробки, которые зафиксированы штоком и закреплены на штурвалах, которые держат разделительную и продавочную пробки, и манифольдную линию с кранами высокого давления, отличающееся тем, что привод и цементировочная голова герметично соединены между собой посредством переводника с возможностью передачи вращения, а цементировочная голова и обсадная колонна герметично соединены между собой посредством переводника быстросъемного с возможностью передачи вращения и с возможностью осуществлять закачку различных жидкостей во время вращения обсадной колонны, при этом цементировочная голова включает в себя подвижные соединения корпуса с камерами закачки, выполненные в виде трех вертлюгов с возможностью исключения потерь герметичности при воздействии на соединения высокоскоростного потока агрессивных жидкостей посредством подшипников скольжения в сочетании с использованием многослойных композитных уплотнений и с возможностью осуществлять демонтаж или монтаж камер закачки и замену подшипников.