Устройство для ступенчатого цементирования скважин Советский патент 1983 года по МПК E21B33/14 

Изобретение- относится к горной промышленности, в частности для крепления нефтяных и газовых скважин, и может быть использовано в устройствах для ступенчатого цементирования.

Известно устройство для ступенчатого цементирования скважин, включающее корпус с цементировочными отверстиями, перекрытыми закрепленной срезными штифтами втулкой, имеющей седло для посадки .цементировочной пробки,кожух с цементировочными отверстиями, концентрично размещенный на корпусе, и установленные в кольцевой полости между корпусом и кожухом патрубок и запорный золотник, верхняя часть которого имеет гидравлическое сообщение с внутренней полос тью труб Ll1.

Недостатком этого устройства является необходимость создания высокого избыточного давления до (ЮО кгс/см) сверх давления цементирования для среза штифтов и перекрытия цементировочных отверстий. Кроме того, конструкция устройства отличается сложностью.

Наиболее близким к изобретению является устройство для ступенчатого цементирования скважин, включающее корпус, кожух с цементировочными отверстиями, установленный между корпусом и кожухом запорный золотник, образующий с корпусом и кожухом камеру, сообщающуюся через заливочные отверстия в корпусе с внутри10трубным пространством, и закрепленную срезными штифтами внутри корпуса втулку с посадочным седлом, перекрывающую отверстия в корпусе Г21.

К недостаткам этого устройства

15 относится опасность самопроизвольного перекрытия цементировочных отверстий в процессе цементирования.

В процессе закачки цементной массы в обсадные трубы нижний торец

20 золотника в этом устройстве омывается, потоком хсидкости, имеющим максимальную скорость из-за того, что площсщь проходного сечения труб в этом месте минимальная. Верхний то25рец золотника, соединенный с внутренней полостью обсадных труб : отверстиями, испытывает значительно меньшее воздействие скоростного напора, поэтому золотник гидравличес30ки не уравновешен . Чем больший объем

.цементной массы прокачивается в единицу времени, тем большая разность давления действует на верхний торец золотника. При ьтпределенномзначении скорости потока золотник сдвигается вниз и перекрывает цементировочные отверстия в корпусе. Область применения этого устройства ограничивается скоростью закачки цементной массы,предельно допустимая величина н которой должна определяться экспериментально для каждого типоразмера устройства.

Цель изобретения - повышение ка,честна цементирования скважин.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве для ступенчатого цементирования скважин, включающем корпус, кожух с цементировочными отверстиями, установленный между корпусом и кожухом запорный золотник, образующий с корпусом и кожухом камеру, сообщающуюся через заливочные отверстия, в корпусе с внутритрубным пространством, и закрепленную срезными штифтами внутри корпуса втулку с посадочным седлом, перекрывающую отверстия в корпусе, последний выполнен с дополнительными заливочными отверстиями, а золотник - с радиальными отверстиями, сообщающимися с цементировочными и дополнитель ными отверстиями при крайнем верхнем положении золотника.

Кроме того, на наружной поверхности золотника устройства выполнены продольные пазы и сообщающаяся с ними кольцевая проточка, в которой размещен обратный клапан для перекрытия радиальных отверстий золотника.

На фиг. 1 изображено устройство в транспортном положении, продольный разрезу на фиг. 2 - то же в процессе прокачки через него цементного раствора; на фиг. 3 - то же, после посадки второй цементировочной пробки и окончания прЬцесса цементирования.

Устройство для ступенчатого цементирования скважин состоит из корпуса 1 (фиг. 1) с концевыми присоединительными переводниками 2 и 3.,. Концентрично относительно корпуса 1 на переводнике 2 закреплен кожух 4. Между корпусом 1 и кожухом 4 размещены кольцевой поршень 5 и золотник 6, соединенные с кожухом 4 соответственно срезными штифтами 7 и 8. В золотнике 6 выполнены радиальные отверстия а, кольцевая проточка 6 и продольные пазы В, кроме того, золотник снабжен пружинным фиксатором 9 и разрезным пружинным кольцом 10, выполняющим роль обратного клапана. Вместо кольца 10 могут быть использованы пластины. В кожухе 4 выполнены проточка i. для пружинного фиксатора 9, отверстие д, через которое полость е сообщается с затрубHfcjM пространством, и цементировочное отверстие ж. В нижней части кожуха 4 расположен стопор 11. В проточке кольцевого поршня 5 размещается уплотнительная манжета 12 одностороннего действия. На корпусе 1 между кольцевым поршнем 5 и переводником 3 размещен пакерующий элемент 13. Б корпусе 1 имеются заливочные отверстия 3 и цементировочное отверстие и, а внутри него расположена втулка 14, соединенная с корпусом срезным штифтом 15. В устройстве имеются уплотнения (не показаны /. Корпус 1 выполнен с.выступом 16 под пробку 17, на которую в конце цементирования садится цементировочная пробка 18.

Цементирование скважины с помощь устройства осуществляется следующим образом.

После спуска в скважину обсадной колонны вместе с устройством производят цементирование первой ступени. Затем внутрь обсадной колонны сбрасывают пробку 17 (фиг. 2) с таким расчетом, чтобы ,к тому моменту, когда она достигает втулки 14, цементная масса в затрубном пространстве поднималась несколько выше пакерующего элемента 13.

После того, как пробка 17 садится на седло 14, внутри колонны создают избыточное давление 1020 кгс/см, под действием которого срезается штифт 15, и втулка 14 с пробкой 17 опускается вниз до упора в выступ 16 корпуса 1. При этом давление жидкости через отверстие э передается на нижний торец золотника 6 и на верхний торец кольцевого поршня 5. Ввиду того, что поперечное сечение штифта 7 меньше, чем у штифта 8, он срезается раньше и кольцевой поршень 5 опускается вниз сжимая пакерующий элемент 13. В дальнейшем давление в колонне повышают, увеличивая при этом нагрузку на пакерующий элемент 13. При давлении 70-80 кгс/см срезается штифт 8, золотник 6 перемещается в крайнее верхнее положение. Цементный раствор после этого проходит через цементировочное отверстие и и отвертие а, отжимая пружинное кольцо 10. Затем раствор, пройдя проточку 5, паз в и цементировочное отверстие ж поступает из обсадной колонны в затрубное пространство.

Закачав расчетный объем цементного раствора, в колонну спускают цементировочную пробку 18 (фиг. 3), ,которая, вытесняя цемент в затрубно

пространство, доходит до упора в пробку 17. При этом цементировочная пробка 18 перекрывает отверстие э и цементировочное отверстие и, от4ei;o давление в обсадной колонне начинает возрастать, чтоявляется сигналом для остановки насоса. После остановки насоса давление в за-, трубном, пространстве ив обсадной колонне выравнивается {еспя закрыта задвижка на устье обсадной колонны) и пружинное разрезное кольцо 10, сокращаясь в пределах проточки б, перекрывает отверстие «ч . Последую-щее снижение давления в обсгщной колонне приводит к тому, что золотник 6 становится неуравновешенным. На его верхний торец через отверстие действует более тяжелая ; цементная масса иэ затрубного пространства, чем продавочная жидкость, действующая на нижний торец из обсадной колонны через заливочные отверстия 3. При незначительном перепгше дав ления, необходимом для преодоления сил трения, золотник 6 опускается вниз до захода пружинного фиксатора 9 в проточку г. Цементировочное отверстие и полностью перекрывается, а золотник надежно фиксируется. Пос ле сброса давления в колонне пробки 17 и 18 и втулка 14 разбуриваются.

Положительный эффект от применения предлагаемого устройства заключается в обеспечении н ежной его работы при любой скорости прокачки цементной массы через цементировочные отверстия. Kpcwie того, для закрытия цементировочных отверстий не требуется создания избыточного давления в обсадной колонне, оТпсшает необходимость во внутренней втулке для перекрытия цементировочных отверстий, а также в дифференциальной втулке. В результанте предлагаемое устройство имеет более простую конструктивную схему, :сохраняя высокую Нсшежность в работе .

Формула изобретения

1.Устройство дляступенчатого цементирования сквг1жин, включающее

корпус, кожух с цементировочными отверстиями, установленный между корпусом и кожухом запорный золотник, образующий с корпусом и кожухсми камеру, сообщающуюся череэ заливочные

отверстия в корпусе с внутритрубньа пространстве, и закрепленную срезными штифтами внутри корпуса втулку с посёшочным седлом, перекрывгамцую отверстия в корпусе, о тличающеес я тем, что, с целью повышения качества цементирования, корпус выполнен с дополнительньвли заливочными отверстиями, а золотник - с радиальными отверс,тиями, сообщающимися с цементировочными и дополнительными отверсти;1МИ при крайнем верхнем положении золотника.

2.Устройство по п. 1, от. личающееся тем, что на наружной поверхности золотника выполнены продольные пазы и Сообщающаяся с ними кольцевая проточка, в которой размещен обратный клапан для перекрытия радиальных отверстий

золотника.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Сегаль В.А. Некоторые вопросы цементирования скважин. ВНИИОЭНГ,

М.., 1973, с. 31-36.

2.Авторское свидетельство СССР 84030, кл. Е 21 В 33/14, 1979 (прототип).

фуг.

фуе.У

фуг. I