Устройство для цементирования обсадных колонн через колонну труб малого диаметра Советский патент 1983 года по МПК E21B33/14 

Изобретение относится к горной промышленности, а точнее к нефтега.зодобывающей и может быть использовано при цементировании скважин.

Известны устройства для цементирования, которые состоят из корпуса, установленного на нижнем конце обсадной колонны колонного башмака с обратным клапаном, смонтированного внутри башмака, или вьлше его, раструбной втулки, подвешенной в корпусе, например, на цементном камне над обратным клапаном, продавочной пробки и уплотнительных элементов, расположенных на ниппельном переходнике дня уплотнения соединительного стыка между раструбной, втулкой и указанным ниппельным переходником при разгрузке колонны труб малого диаметраС.

Известные устройства не обеспечивают качественного цементирования.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является устройство для цементирования обсадных колонн через колонну труб малого диаметра, содержащее корпус с размещенными в нем цементной и раструбной втулками, ниппельный переходник с уплотнительными элементами, обратный клапан с дросселем и продавочную пробку с сердечником и расположенными на нем манжетамиС21,

Однако известное устройство также не обеспечивает качественного цементирования нижних концов труб обсадных колонн из-за возможности перекачки продавочной жидкости в заколонное пространство. А это в процессе

10 углубления скважины может привести к смятию Лразрушению 7 или к отрыву нижних труб от остальной части колонны. Это же устройство обладает eiae и тем недостатком, что имеет большую

15 массу разбуриваемых деталей и цементного камня, чем. усложняют технологический процесс цементирования обсадных колонн. Кроме этого, не обеспечивается полное предохранение от

20 загрязнения цементного раствора буровым (,или продавочной жидкостью ) при движении по колонне бурильных труб в процессе крепления обсадной колонны из-за существующего контакта бу25рового и цементного раствора различной плотности.

Цель изобретения - повышение надежности и качества крепления скважин обсадными колоннами при сокращен3Dном расходе цементного раствора и уменьшении количества разбуриваемых узлов . Поставленная цель достигается тем что устройство для цементирования обсадных колонн через колонну труб малого диаметра, содержащее корпус с размещенными в нем цементной и рас рубной втулками, ниппельный переходник с уплотнительными элементами, обратный клапан с дросселем и продавочную пробку с сердечником и расположенными на нем манжетами, снабжено нижней цементированной проб кой, сердечник которой на верхнем торце имеет торцевые прорези, а сердечник продавочной пробки выполнен со сквозным каналом, конец которого перекрыт эластичным элементом, закрепленным с двух противоположных концов колпачковой гайкой, вы полненной с поперечным сквозным каналом, причем ниппельный переходник выполнен с упором для нижней пробки и окнами, размещенными между уплотнительными элементами и расположенными на высоте от упора, равной или большей суммы высот продавочной и нижней пробок. . На фиг.1 изображено устройство в транспортном положении колонны труб малого диаметра, продольный разрез/ на фиг.2 - устройство после соединения ниппельного переходника колон ны труб малого диаметра с раструбной втулкой устройства, продольный разрез; на фиг.З - продавочная проб ка, продольный разрез, и разраз А-А на фиг.4 - нижняя цементировочная пробка, продольный разрез, вид Б. Устройство для цементирования об садных колонн через колонну труб ма лого диаметра состоит из корпуса 1, включающего колонный башмак 2, обратный клапан с дросселем 3, цемент ную втулку 4, раструбную втулку 5, ниппельный переходник с упором и промывочными отверстиями б, продавочную пробку 7, нижнюю разделитель ную пробку 8 и уплотнительные элементы 9 и 10. Корпус 1 представляет собой цилиндрический патрубок, внутренняя , часть которого имеет кольцевые проточки, служащие для соединения в одно целое при формовании цементной втулки 4 указанного корпуса 1 с колонным башмаком 2, обратным клапано 3 и раструбной втулкой 5. Верхняя часть корпуса 1 имеет муфтовую резь бу для его подсоединения с нижним концом обсадной колонны. Колонный направляющий башмак 2, представляющ собой полый сферический насадок, внутри которого смонтирован обратны клапан с дросселем 3, предназначен для направления нижней части колонн при ее спуске в скважину. Обратный дроссельный клапан 3, содержащий седло 11 и шаровой запорный элемент 12, ограничитель 13, дроссель 14, предназначенный для непрерывного самозаполнения спускаемой обсадной колонны промывочной жидкостью через дроссель 14 предотвращения обратного движения этой жидкости или цементного раствора из затрубного пространства во внутрь обсадной колонНЬ1 или колонны труб малого диаметра в процессе ее цементирования. Цементная втулка 4 служит для соединения корпуса 1 с раструбной втулкой 5, колонным направляющим башмаком 2 и обратным клапаном 3 при сборке (при формовании цементной втулки) устройства в одно целое. Раструбная втулка 5 вместе с ниппельным переходником 6 образует стыковочное соединение, в котором они выполняют функцию связующих звеньев между колонной труб малого диаметра и устройством. Ниппельный переходник б, выполненный с уплотнительными элементами 9 и 10, внутренним кольцевым посадочным упором 15, промывочными окнами 16, предназначен для соединения нижнего конца колонны труб малого диаметра с раструбной втулкой 5 устройства при частичной разгрузке указанной колонны. Ниппельный переходник б соединяется на резьбе с нижним концом колонны труб малого диаметра (с колонной бурильных труб. Уплотнительные элементы 9 и 10 выполнены в виде эластичных колец, размещенных в канавках, расположенных по обе стороны промывочных окон 16 (о-образного или другого сечения, предназначенных для герметизации зазоров между ниппельным переходником б и внутренней поверхностью раструбной втулки 5 при частичной разгрузке колонны труб малого диаметра. Продавочная пробка 7 фиг.З) состоит из сердечника 17 с набранными на нем упругими манжетами 18 и выполненной с центральным сквазным отверстием 19 малого сечения, перекрываемым эластичным элементом 20, закрепленным с двух противоположных сторон не по всему уплотнительному периметру колпачковой гайкой 21, выполненной с поперечным сквозным каналом 22 в колпаке. Нижняя цементировочная пробка 8 {фиг.4). включает сердечник 23 с набранными на нем эластичными манжетами 24 и выполненна с каналом 25, перекрываемым разрывной мембраной 26 с боковыми прорезями 27 у верхнего торца сердечника 23, соединенным с ее центральным каналом 25. Нижняя цементировочная пробка 8 предназначена для очистки колонны труб малого диаметра от бурового раствора и разделения этого раствора от цементного в процессе крепления скважин обсадными колоннами.Между клапаном и сое динительным узлом образована полост 28. Устройство работает следующим об ,разом. Устройство для цементирования об .садных колонн через колонну труб ма лого диаметра без шара обратного клапана 3, ниппельного переходника и без продавочной и нижней пробок 7 и 8 подсоединяют к нижней трубе об садной колонны и спускают в скважи-ну обычным способом. Далее ниппельный переходник 6 присоединяют к ниж ней трубе колонны труб малого диаметра (например, к бурильной и спу кают в скважину до ввода его в раструбную втулку 5 (фиг.2). После про мывки скважины в колонну труб малого диаметра опускают шар обратного клапана 3, который вместе с промывочной жидкостью свободно проходит через седло 11 клапана 3 и садится на его ограничитель 13. После чего клапан 3 предотвращает- движение жидкости или цементного раствора из затрубного пространства внутрь колонны труб малого диаметра. Затем пускают в колонну труб малого диаметра(в бурильную колонну нижнюю цементировочную пробку 8 и закачивают по колонне расчитанный объем цементного раствора в затрубное (или заколонное) пространство, как и при обычном методе цементирования. При этом, двигаясь по колонне до посадки на упор 15 ниппельного переходника б, пробка 8 своими манже тами очищает колонну труб малого ди метра от бурового раствора и предохраняет от загрязнения цементный раствор ОТ бурового, повышая тем самым качество крепления скважин. В момент посадки пробки 8 на упо 15 ниппельного переходника б происходит разрыв мембраны 26 и отгибание ее вниз, обеспечивая тем самьм полное открытие проходного сечения ( фиг.2 и 4 ) для дальнейшей подачи цементного раствора в затрубное про странство. После того как закачали расчетный объем цементного раствора, его подачу прекращают и пускают продавочную пробку 7 внутрь колонны труб малого диаметра, вслед которой прокачивают продавочную жидкость (буро вой раствор, воду и т.п.) . Под воздействием избыточного давления жидкости продавочная пробка 7 движется по колонне, очищая от прилипшего слоя вытесняемого цемент ного раствора и садится на кольцевой торец сердечника нижней цементи ровочной пробки 8. Повьвление давления, при этом является сигналом Стоп для остановки насосов и заканчивая цементирования обсаднойколонны. Сразу же после этого колонну труб малого диаметра (бурильную колонну) приподнимают до выхода ниппельного переходника б из раструбной втулки 5 при этом эластичный элемент 20(фиг.2 и з)продавочной пробки 7 приоткрывается и жидкость из внутре шей полости колонны труб малого диаметра перетекает в объем 28 между клапаном 3 и соединительным узлом устройства, чем предотвращает появление пониженного давления в указанном объеме, а следовательно, и разрушение корпуса 1 устройства и обратного клапана 3 . После выхода ниппельного переходника 6 из раструбной втулки 5 устройства производят промывку колонны труб малого диаметра через промывочные отверстия 16 и заколонное пространство, при этом вымываемый цеме-нт со стенок колонны труб малого диаметра вытесняется на дневную поверхность. Наличие промывочных окон 16 на ниппельном переходнике б, расположенных от его упора на расстоянии равном или большем-суммы высот продавочной и нижней пробок, позволяет произво- дить промывку колонны труб малого диаметра при наличии в ниппеле 6 указанных пробок 7 и 8. После промывки колонну труб малого диаметра поднимают совместно с ниппельным переходником б, продавочной пробкой 7 и нижней цеменгировочной пробкой 8 на дневную поверхность. Затем после ОЗЦ (ожидание затвердения цемента) легкоразбуриваемые детали и узлы устройства разбуриваются. На этом процесс спуска и цементиро, обсадной колонны закончен. Устройство конструктивно не сложно и не вызывает особых затруднений при внедрении его в практику бурения скважин. Следовательно, можно с минимальными затратами быстро повысить технико-экономическую эффективность цементирования обсадных колон через колонну труб-малого диаметра, за счет повышения надежности и качества крепления скважин при уменьшенных расходах цементного раствора, ускорения и облегчения процесса разбуривания деталей и узлов устройства и начала последующего углубления скважин, так как уменьшена масса разбуриваемых узлов(поднимаются нижняя разделительная и продавочная пробки 7 и В), ликвидирован цементный стакан, равный по длине 2-3-ей трубам нижней частя колонны, и нет необходимости для повышения качества - крепления сквс1жин дополнительно закачивать цемент в объеме, равном объему внутренней полости колонны труб малого диаметра, а также изза исключения необходимости замены для этого шарошечного долота на фр зерные или пикообразные. Формула изобретения Устройство для цементирования обсадных колонн через колонну труб малого диаметра, содержащее корпус с размещенными в нем цементной и раструбной втулками, ниппельный пе реходник с уплотнительными элементами, обратный клапан с дросселем и продавочную пробку с сердечником и рарположенньми на нем манжетами, о тли ч аю ще е с я тем, что, с целью повьвиения надежности и качества крепления скважин обсадными колоннами при сокращенном расходе цементного раствора и уменьшении количества разбуриваемых узлов, оно снабжено нижней цементировочной пробкой, сердечник которой на верхнем торце имеет торцевые прорези, а сердечник продавочной пробки выполнен со сквозным каналом, нижний конец которого перекрыт эластичным элементом, закрепленньлм с двух противоположных концов колпачковой гайкой, выполненной с поперечным сквозным каналом, причем ниппельный переходник выполнен с упором для нижней пробки и окнами, размещенными между уплотнительными элементами и расположеннЕлми на высоте от упора, равной или большей суммы высот продавочной и нижней пробок. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе Каталог фирмы Baiter- ЫЙ ТооРз США, 1978-1979, с.570-574. 2. Каталог фирмы во tee г oiP Toofsl США 1978-1979, с.570-574, схема 4.