Устройство для спуска и цементирования хвостовика с вращением Российский патент 2025 года по МПК E21B33/14 E21B17/02 E21B43/00 

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

Известно устройство для цементирования хвостовика в скважине (патент RU № 134574, МПК E21B 33/13, E21B 33/14, опубл. 20.11.2013 г., Бюл. № 32), содержащее установочную муфту для присоединения устройства к транспортировочной колонне труб, корпус, хвостовик, клапанный узел в виде подпружиненного обратного клапана и башмак. В стенке установочной муфты выполнены радиальные отверстия, в которых установлены разрушаемые под гидравлическим давлением диафрагмы, при этом она присоединена к корпусу на левой резьбе, внутри корпуса на срезаемых винтах установлена подвесная цементировочная пробка в виде блока эластичных конических манжет с сердечником с центральным проходным каналом и посадочным седлом в верхней части под сбрасываемую с устья скважины цементировочную пробку и посадочным конусом, выполненным на нижнем упорном кольце блока конических манжет для посадки в седло стоп-кольца, установленного в стыке между нижним торцом хвостовика и верхним торцом переходника клапанного узла, в соединяющей их муфте.

Недостатками этого устройства являются:

- невозможность спуска хвостовика большой длины (более 500 м), так как цилиндрическая резьба подвержена страгиванию (смещению резьбы с заклиниванием);

- невозможность вращения хвостовика в процессе его спуска в заданный интервал скважины и в процессе цементирования, что затрудняет его прохождение в зоне искривления ствола скважины и шламовых подушек, а также не дает качественного замещения тампонажного раствора в затрубном пространстве;

- отсоединение транспортировочной колонны от хвостовика осуществляется посредством левой резьбы, что делает проблематичным или даже невозможным отсоединение при малой длине хвостовика и в горизонтальном стволе скважины.

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. 20.08.2016 г., Бюл. № 23), 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 этого устройства являются:

- невозможно спускать хвостовики большой длины (более 500 м) так как из-за нагрузки от веса хвостовика происходит внедрение шариков в седло, что приводит к заклиниванию седла и невозможности отцепа, как следствие получение аварийной ситуации;

- цилиндрическая резьба по которой осуществляется соединение корпуса и обоймы воспринимает вес хвостовика, как следствие, происходит страгивание резьбы с потерей герметичности.

Техническими задачами изобретения являются создание устройства для спуска и цементирования хвостовика с вращением, позволяющего спускать хвостовики большой длины (более 500 м), производить цементирование с вращением с обеспечением гарантированного отцепа бурильной трубы и герметизации хвостовика после цементирования.

Технические задачи решаются устройством для цементирования хвостовика в скважине, содержащим муфту для присоединения устройства к транспортировочной колонне труб, корпус, хвостовик, башмак с клапанным узлом, отверстие, открываемое под действием гидравлического давления, при этом муфта присоединена к корпусу отцепным устройством с седлом под сбрасываемый шар, зафиксированным срезными элементами в верхнем положении и выполненным с возможностью ограниченного перемещения вниз после разрушения срезных элементов, 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 в виде фиксирующих элементов на концах подпружиненной конической разрезной цанги, выполненных заодно с ней, вставленных в пазы муфты во внутреннюю выборку корпуса, а подпружиненная коническая разрезная цанга вставлена в проточку муфты, при этом подпружиненная коническая разрезная цанга с фиксирующими элементами меньше внутреннего диаметра корпуса в свободном состоянии после перемещения седла и изнутри подперта седлом, а отцепное устройство выполнено заодно целое с корпусом.

На фиг. 1 изображено устройство в собранном виде, спущенное в скважину.

На фиг. 2 изображено устройство после отцепа подвесной пробки и сброса шара.

На фиг. 3 изображено устройство после проведения отсоединения транспортировочной колонны от хвостовика.

Устройство для цементирования хвостовика в скважине содержит муфту 1 (фиг. 1) для присоединения устройства к транспортировочной колонне труб (на фиг. 1-3 не показано), корпус 2 (фиг. 1), хвостовик 3, башмак с клапанным узлом (на фиг. 1-3 не показано), отверстие 4 (фиг. 1), открываемое под действием гидравлического давления. Муфта 1 присоединена к корпусу 2 отцепным устройством с седлом 5 под сбрасываемый шар 6 (фиг. 2), зафиксированным срезными элементами 7 (фиг. 1) в верхнем положении и выполненным с возможностью ограниченного перемещения вниз после разрушения срезных элементов 7. На верхнем торце корпуса 2 выполнены пазы 8 под наружные выступы 9 на поверхности муфты 1. Внутри корпуса 2 на срезных элементах 10 установлена подвесная цементировочная пробка 11 с центральным проходным каналом 12, посадочным конусом 13 снизу для посадки в седло стоп-кольца (на фиг. 1-3 не показано), и стопорным устройством 14 сверху для посадки и фиксации малой продавочной пробки (на фиг. 1-3 не показано).

Отцепное устройство выполнено в виде фиксирующих элементов 15 (фиг. 1) на концах подпружиненной конической разрезной цанги 16 (фиг. 2), выполненных заодно с ней, вставленных в пазы 17 муфты 1 (фиг. 1) во внутреннюю выборку 18 (фиг. 2) корпуса 2 (фиг. 1), а цанга 16 (фиг. 2) вставлена в проточку 19 муфты 1 (фиг. 1), при этом, коническая разрезная цанга 16 с фиксирующими элементами 15 меньше внутреннего диаметра корпуса 2 в свободном состоянии после перемещения седла 5, а отцепное устройство выполнено заодно целое с корпусом 2.

Устройство работает следующим образом.

Устройство в сборе спускается в скважину на транспортировочной колонне (на фиг. не показано) до заданного интервала. В процессе спуска хвостовик 3 (фиг. 1) можно вращать с крутящим моментом не превышающем момент свинчивания для данных труб. Крутящий момент при вращении транспортировочной колонны передается на хвостовик через пазы 8 (фиг. 1, 3) выполненные на верхнем торце корпуса 2 (фиг. 1) хвостовика, в которые вставлены наружные выступы 9 (фиг. 1, 3) на поверхности муфты 1 (фиг. 1). От осевого перемещения хвостовик зафиксирован с помощью фиксирующих элементов 15 (фиг. 1) на концах подпружиненной конической разрезной цанги 16, выполненных заодно с ней и вставленных в пазы 17 (фиг. 2) муфты 1 (фиг. 1) во внутреннюю выборку 18 (фиг. 2) корпуса 2 (фиг. 1). Изнутри цанга 16 подперта седлом 5 и вставлена в проточку 19 (фиг. 2) муфты 1 (фиг. 1). Конструкция фиксирующих элементов 15 позволяет выдерживать более значительные осевые нагрузки, чем шарики, т. к. меньше деформирует сопрягаемые детали и соответственно не возникают проблемы с отцепом.

После того как хвостовик спустили производят закачку расчетного объема тампонажного раствора. Затем с устья скважины в транспортировочную колонну (на фиг не показано) сбрасывается продавочная пробка которая, пройдя сквозь седло 5 (фиг. 2) садится в стопорное устройство 14 подвесной цементировочной пробки 11 с центральным проходным каналом 12. Далее повышением гидравлического давления происходит разрушение срезных элементов 10 и обе продавочные пробки идут вниз, вытесняя при этом тампонажный раствор в затрубное пространство до посадки и фиксации посадочного конуса 13 в стоп-кольце (на фиг. 1-3 не показано). Таким образом, получаем сигнал о завершении процесса цементирования.

После этого продолжаем увеличивать гидравлическое давление до расчетного, при котором происходит открытие отверстий 4 (фиг. 1). Сигнализатором этого служит падение давления. Далее через отверстия 4 вымывают излишки тампонажного раствора, находящегося выше установочной муфты 1 и после этого, бросают в транспортировочную колонну шар 6 (фиг. 2). Он доходит до седла 5 (фиг. 1), садится в него, повышением давления происходит разрушение срезных элементов 7 и седло 5 перемещается вниз. При этом фиксирующие элементы 15 цанги 16 выходят из взаимодействия с пазами 17 муфты 1 и внутренней выборкой 18 корпуса 2. После этого транспортировочная колонна с установочной муфтой 1, седлом 5, бросовым шаром 6 и цангой 16 извлекаются на поверхность скважины.

Предлагаемое устройство позволяет спускать хвостовики большой длины (более 500 м), производить цементирование с вращением с обеспечивает гарантированный отцепа бурильной трубы и герметизацию хвостовика после цементирования.

Изобретение относится к устройству для цементирования хвостовика в скважине. Техническим результатом является создание устройства для спуска и цементирования хвостовика с вращением, позволяющего спускать хвостовики большой длины, производить цементирование с вращением с обеспечением гарантированного отцепа бурильной трубы и герметизации хвостовика после цементирования. 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 с седлом под сбрасываемый шар, зафиксированным срезными элементами в верхнем положении и выполненным с возможностью ограниченного перемещения вниз после разрушения срезных элементов. 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 в виде фиксирующих элементов на концах подпружиненной конической разрезной цанги, выполненных заодно с ней, вставленных в пазы муфты во внутреннюю выборку корпуса. Подпружиненная коническая разрезная цанга вставлена в проточку муфты. Подпружиненная коническая разрезная цанга с фиксирующими элементами меньше внутреннего диаметра корпуса в свободном состоянии после перемещения седла и изнутри подперта седлом. Отцепное устройство выполнено за одно целое с корпусом. 3 ил.

Устройство для цементирования хвостовика в скважине, содержащее муфту для присоединения устройства к транспортировочной колонне труб, корпус, хвостовик, башмак с клапанным узлом, отверстие, открываемое под действием гидравлического давления, при этом муфта присоединена к корпусу отцепным устройством с седлом под сбрасываемый шар, зафиксированным срезными элементами в верхнем положении и выполненным с возможностью ограниченного перемещения вниз после разрушения срезных элементов, 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 в виде фиксирующих элементов на концах подпружиненной конической разрезной цанги, выполненных заодно с ней, вставленных в пазы муфты во внутреннюю выборку корпуса, а подпружиненная коническая разрезная цанга вставлена в проточку муфты, при этом подпружиненная коническая разрезная цанга с фиксирующими элементами меньше внутреннего диаметра корпуса в свободном состоянии после перемещения седла и изнутри подперта седлом, а отцепное устройство выполнено за одно целое с корпусом.