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

Изобретение относитсяк горной промышленности, а именно к нефтегазодобывающей, и может быть использовано при цементировании скважин в несколько приемов.

Известна конструкция устройства, состоящего из корпуса с цементированными окнами и коаксиально установленными в нем верхней и нижней втулками с седлами под цементировочные пробки 1.

Этиустройства, установленные на заданной глубине в качестве элемента обсадной колонны, дают возможность зацементировать сначала один участок колонны, расположенный ниже устройства, а затем другой, расположенный выше его.

Недостатком этого устройства является невозможность надежного закрытия цементировочных отверстий вслед- ствие образования наполненного жидкостью замкнутого пространства между нижней и верхней втулками, проходные сечения которых закрыты запорными элементами. Замкнутое пространство образуется при движении верхней втулки вниз в момент гидравлического перекрытия цементировочных отверстий. В результате нижний торец верхней

втулки нельзя продвинуть ниже нижнего края отверстия, что необходимо для надежного конструктивного перекрытия отверстий я механического удержания верхней втулки в заданном положении.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для ступенчатого , цементирования обсадных колонн,

10 вкл ючающее корпус с цементировочными окнами, верхнюю дифференциальную втулку с седлом под верхнюю цементировоч ную пробку, каналом, сообщающим полость над втулкой с полостью под 5 цементировочной пробкой, образующую с корпусом дифференциальную полость, нижнюю втулку с седлом под нижнюю цементировочную пробку 2.

Недостаток заключается в ненадеж20ности работы устройства, так как возможно самопроизвольное срабатывание втулки, кроме того, ввод втулки в расточки корпуса непосредственно в скважине после двух операций цемен25тирования может привести к заклини-. ванию вследствие перекоса, попадания шлама или цемента в зазоры, особенно если учесть, что тако« ввод по необходимости происходит резко, с ударом.

Цель изобретения - повшиение надежности работы устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для ступенчатого цементирования обсадных колонн включающем корпус с цементировочными окнами, верхнюю диффоренцнальную втулку с седлом под верхнюю цементировочную пробку, каналом, сообщающим полость над втулкой с полостью под цементировочной пробкой и образующей с корпусом дифференциальную полость, нижнюю втулку с седлом под нижнюю цементировочную пробку, дифференциальная втулка имеет дополнительное радиальное отверстие, сообщающее внутритрубное пространство под цементировочной пробкой с дифференциальной полостью при ее верхнем положении , а в корпусе выполнен продольный канал и радиальные отверстия для гидравлического сообщения дифференциальной полости с заколонным пространством обсадной колонны.

На фиг. 1 изображено устройство, обший В1ш; на фиг. 2 - устройство в момент пакеровки, на фиг, 3 - устройство в момент открытия цементировочных отверстий и закрытия отверстий для пакеровки; на фиг, 4 - гидравлическое перекрытие ц,ементировочных отверстий, на фиг. 5 - полное перекрытие цементировочных отверстий

Устройство (фиг, 1) состоит из корпуса 1 верхней дифференциальной втулки 2, чижних втулок 3 И 4 и пакера 5. Е стенках корпуса 1 выполнены цементировочные отверстия сХ, рагдиальн.ьзе с-верления f;, , продольные каналы ( .. t . Внутренняя поверхность корпуса имеет ступенчатую расточку, в которую вставлена верхняя дифференциальная втулка 2, выполненная в виде ступенчатого поршня, образующего с корпусом дифференциальную полость b. В стенке втулки 2 просверлены радиальные отверстия е и канал ж. В верхней части дифференциальной втулки имеется седло под пробку, а на ее нару-кмой поверхности расположены кольцевая выточка к и пружинное замковое кольцо б. Положение втулки в корпусе зафиксировано срезной калиброванной шпилькой 7. Втулка 3, закрывающая промывочные отверстия сх-, снабжена седлом под нижнюю цементировочную пробку и имеет радиальные сверления /. Втулка 4 ветазлена в нижнюю втулку 3,и в стенках ее выполнены радиальные сверления д/. Обе , втулки совместно зафиксированы калиброванной шпилькой 8, На торцах втулок выполнены кулачки 9. Сопряженные понерхнОСти втулок и корпуса уплотнены резиновыми кольцами 10. Для продавки цемен ного раствора используются шар 11 и цемснтировочг-ая пробка 12.

Устройство работает следующим образом.

После закачки цементного раствора нижней ступени в колонну продавливается нижняя цементировочная пробка и оторая свободно проходит через устройство, но останавливается в башмаке нижней ступени. При получении сигнала Стоп избыточное давление, возникающее внутри обсадной колонны, не воздействует на верхнюю дифг ерентлиальную втулку 2, так как ее дифференциальная полость t) сообщена с внутриколонным пространством через отверстие i . Это гидравлически уравновешивает втулку, в результате; чего становится невозможным ее с/г/чайное перемещение.

После окончания цементирования первой ступени в обсгидную колонну сбрасывается шар 11 (фиг. 2). При увеличении давления шпильки 8 срезаются и втулка 4 перемещается вчиз до упора. Отверстия ./,./ , t. при этог совмещаются ,,и через них производится закачка жидкости з уплотнительный элемент пакера 5. При дальнейшем повышении давления шпильки 8 срезаются по другой плоскости и втулка 3 перемещается в нижнее положение (фиг. 3). Отверстия v4 и iпри этом разобщаются, запирая выход из пакера, промывочные окна а открываются.

После окончания продавки цементного раствора верхней ступени верхняя цементировочная пробка 12 (фиг. 4) садится на седло верхней дифференциальной втулки 2, При повышении давления калиброванные шпильки 7 срезаются и верхняя Д1- фференциальная втулка 2 перемещается вниз до момента гидравлического перекрытия отверсти. а. В этом положении нтулкй отверстие с , сообщавшее знутритрубное пространство с дифференциальной полостью g, перекрывается, а дифференциальная полость посредством канала (, , расточки е и све-рления Ь сообщается с заколонным пространством. В результате верхняя дифференциальная втулка 2 оказывается гидравлически неуравновешенной. При. гидравлически закрытых отверстиях с дальнейшее движение верхней дифференциальной втулки 2 под механическим воздействием цементировочной пробки 12 становится невозможным, так как вследствие возникновения под пробкой замкнутого пространства она останавливается. При этом давление в подпробочном пространстве возрастает. Через отверстие тк давление передается в пространство над дифференциальной втулКой 2 и воздействует на ее верхний торец. Вследствие того, что дифференциальная втулка 2 гидравлически неуравнове лена появля ется дифференциальный эффект и втул ка продолжает двигаться вниз до пол ного конструктивного закрытия отвер стий о, (фиг. 5) . После окончания ра бот цементирования пробка 12, шар 1 и седла втулок 2 и 4 разбуриваются. Для предотвращения взаимного провррачивания втулок при разбуривании служат кулачки 9. Пружинное кольцо попадая в выточку дифференциальной полости, препятствует перемещению дифференциальной втулки 2 вверх. Применение устройства позволяет обеспечить в исходном положени-и надежную кинематическую связь верхней дифференциальной втулки с внутренней ступенчатой расточкой корпуса, что позволяет исключить возможность заедания втулки при ее движении вследствие перекоса, попадания цемента, шлама и т.п. на рабочие поверхности; обеспечить функционирование устройства при выключенном дифференциальном эффекте верхней втулки во время спуска, промывки и цементирования нижней ступени, что по воляет исключить возможность нежелательного срабатывания втулки при случайном повьшении давления и при фиксировании момента Стоп нижней ступени обеспечить надежное включение дифференциального эффекта верх ней втулки с помощью разделительной продавочной пробки, за счет чего достигнуть полного конструктивного закрытия цементировочных отверстий после окончания цементирования верхней ступени обсадной колонны. Формула изобретения Устройство для ступенчатого цементирования обсадных колонн, включающее корпус с цементировочными окнами, верхнюю дифференциальную втулку с седлом под верхнюю цементирово шук пробку и каналом, сообщающим полость над втулкой с полостью под цементировочной пробкой, образующую с корпусом дифференциальную полость, нижнюю втулку с седлом под нижнюю цементировочную пробку, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности.работы устройства, дифференциальная втулка имеет дополнительное радиальное отверстие, сообщающее внутритрубное пространство под цементировочной пробкой с дифференциальной полостью при ее верхнем положении, а в корпусе выполнен продольный канал и радиальные отверстия для гидравлического сообщения дифференциальной полости с заколонным пространством обсадной колонны. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1,Мищевич В. И. Справочник инженера по бурению. М., Недра, 1973, т. 1, С-. 396. 2.Авторское свидетельство СССР № 717287, кл. Е 21 В 33/14, 1978 ССпрототип) .

Ul.i