Устройство для ступенчатого цементирования обсадных колонн Советский патент 1984 года по МПК E21B33/14 

Изобретение относится к крепла нию скважин, в частности к устройствам для ступенчатого цементирования обсадных колонн. Известно устройство для ступенчатого цементирования обсадных колонн, включающее корпус и кожух с цементировочными отверстиями и установленг ую. на срезных штифтах втулку Cl3, Недостатком устройства является сложность конструкции, невысокая надежность герметизации цементировочных отверстий.. Наиболее близким к изобретению является устройство для ступенчатого цементирования обсадных колонн, включающее корпус с радиальны отверстиями и кольцевой приточкой, дифференциальную втулку, установлен ную в кольцевой проточке корпуса,пе рекрывающую его радиальные отверсти и выполненную с промывочными окнами верхнее и нижнее посадочные седла, запорную и разделительные пробки С2 Недостатком известного устройств является возможность самопроизвольного перемещения дифференциальной втулки и открытия цементировочных о верстий в случае непредвиденного роста давления в колонне при цемент ровании нижней ступени, так как в рабочем положении втулка гидравличе ки не уравновешена и удерживается о осевого перемещения срезными элемен тами, характеризующимися нестабильностью их среза. Цель изобретения - повышение надежности работы устройства за счет повьшения его герметичности и предо вращения преждевременного открытия радиальных отверстий. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для ступенчатого цементирования обсадных колонн включающем корпус с радиальными отверстиями и кольцевой проточкой, дифференциальную втулку, установлен ную в кольцевой проточке корпуса, перекрывающую его радиальные отверс тия и выполненную с промывочными ок нами, верхнее и нижнее- посадочные седла, запорную и разделительную пробки, верхнее посадочное седло вы полнено в виде гильзы с радиальными отверстиями в верхней части, причем гильза выше и ниже верхнего торца дифференциальной втулки выполнена с уплотнениями, а расстояние по высоте от радиальных отверстий гильзы до верхнего торца дифференциальной втулки больше расстояния между радиальными отверстиями корпуса и промывочными окнами. Кроме того, верхнее и нижнее посадочные седла установлены на раз- рушаемых фиксаторах, причем фиксатор верхнего посадочного седла выполнен на меньшее разрушающее усилие, чем фиксатор нижнего посадочного седла. На фиг. 1 изображено устройство, общий вид; на фиг. 2 - то же, в рабочем положении. Устройство для ступенчатого цементирования обсадных колонн включает корпус 1 с радиальными отверстиями 2 и кольцевой проточкой 3,. дифференциальную втулку 4, установленную в кольцевой проточке 3 корпуса 1. Дифференциальная втулка 4 перекрывает радиальные отверстия 2 корпуса 1 и выполнена с промывочными окнами 5. Кроме того, дифференциальная втул ка 4 имеет верхнее посадочное седло, выполненное в виде гильзы б и нижнее посадочное седло 7. Посадочные седла установлены на разрушаемых фиксаторах, при этом фиксатор верхнего посадочного седла выполнен на меньшее разрушающее усилие, чем фиксатор нижнего посадочного седла. На наружной поверхности дифференциальной втулки выполнена кольцевая канавка, в которой помещено стопорное пружинное кольцо 8. На внутренней поверхности корпуса также имеется кольцевая канавка 9, в которую попадает стопорное кольцо в крайнем положении дифференциальной втулки.Ступенчатые поверхности втулки и корпуса образуют герметизированную дифференциальную камеру 10.В исходном положении дифференциальная втулка 4 удерживается в корпусе срезными штифтами 11. Верхнее посадочное седло (гильза ) б имеет фиксатор в виде упорного выступа 12, входящего в кольцевую проточку дифференциальной втулки 4 и герметизировано уплотнительными кольцами 13 относительно внутренних поверхностей корпуса 1 и дифференциальной втулки 4 (выше и ниже верхнего торца дифференциальной втулки ). Такое конструктивное исполнение исключает передачу внутриколонного давления на верхнюю торцовую поверхность дифференциальной втулки как при спуске колонны, так и при цементировании нижней ступени. В этом случае на втулку действует только осевое усилие вверх от давления жидкости в колонне, прижимая ее к кбрпусу 1, вследствие этого исключается самопроизвольное перемещение втулки вниз в любом случае до момента принудительного перемещения ее при посадке разделительной пробки на верхнее посадочное седло. В верхнем посадочном седле (или гильзе ) б имеются радиальные отверс тия 14 выше уплотнительного кольца, но ниже посадочной поверхности А

под верхнюю разделительную пробку 15. На нижнем торце дифференциальной втулки 4 выполнен выступ Б , а на противоповоротном кольце 16 ответный паз В. Крепление нижнего посадочного седла в дифференциальной втулке может осуществляться на резьбе или срезцыми штифтами. Под нижнее посадочное седло выполнена запорная пробка 17.

Упорный выступ верхнего посадочного седла и резьба или штифты ниж него посадочного седла расчитываются на определенное усилие срезс1. При этом усилие среза нижнего посадочного седла должно быть большим чем усилие среза упорного выступа верхнего посадочного седла. При этом особенностью устройства является то, что радиальные отверстия 14 гильзы 6 выполнены таким образом что расстояние от них по высоте до верхнего торца дифференциальной втулки 4 больше расстояния между радиальными отверстиями 2 корпуса и промывочными окнами 5 дифференциальной втуки 4.

Устройство работает следующим образом.

После цементирования нижней ступени в колонну опускают запорную пробку 17, которая садится в нижнее посадочное седло 7, перекрывая прохо ной канал,При создании расчетного избыточного давления в колонне срезгиотся штифты 11 и дифференциальная втулка перемещается вниз до момента совмещения промывочных окон 6 с радиальными отверстиями 2 корпуса.

После этого производится промьшка заколонного пространства и цементирование верхней ступени с применением разделительной пробки 15. В результате роста давления в колрнне при посадке разделительной пробки гильзы, 6 втулка начинаетперемещаться вниз до момента перекрытия радиальных отверстий корпуса, как указано на фиг. 2. При этом отверстия 14 располагаются таким образом, что обеспечивают гидравлическую связь пространства над запорной пробкой 17 с полостью кольцевой проточки

корпуса. В этом случае на дифференциальную втулку начинает действовать направленное вниз усилие, возникающее разности площадей ее верхнего и нижнего торцов, и втулка автоматически перемещается в крайнее нижнее положение, а стопорное кольцо 8 попадает в канавку 9, удерживая в дальнейшем втулку от осевого перемещения .

0

При перемещений втулки вниз после перекрытия радигшьных отверстий . корпуса в нижней части колонны начинает увеличиваться давление. Бели величина этого давления больше,чем 5 давление над запорной пробкой 17,то запорная пробка начинает работать как клапан, т.е. приподнимается, и давления уравняются через образовавшийся зазор D (см. фиг. 2).

После полного закрытия устройст0ва увеличение давления над разделительной пробкой 15 приводит к срезу фиксатора упорного выступа 12 и перемещение пробки с гильзой 6 вниз. Это, в свою очередь, приводит к сре5зу фиксаторов, удерживающих нижнее посадочной седло 7, и падению запорной пробки 17с седлом в баимак ко- лонны под действием собственного веса. Как показывает опыт, посколь0ку буровые раствор ы практически ,сжимаекш из-за наличия в. них воздуха или газа, то при создании над раздё лительной пробкой избыточного давления., она продвигается по колонне

5 ниже устройства на некоторое расстоя ние. Вследствие этого в устройстве цементный стакан отсутствует.

При спуске в колонну труб для проведения операций, связанных с ис0пытанием скважины или другими рабо- . тами, разделительная пробка вместе с «верхним седлом проталкиваются в нижнюю часть колонны, где при необходимости разбуриваются. 5

Поедлагаемое устройство не требует разбурки посадочных седел и пробок, в результате чего повышается надежность герметизации цементиро0 вочных отверстий и снижаются затраты на цементирование колонны.

игЛ

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТУПЕНЧАТОГО ЦE :EHTИPOBAHИЯ ОБСАДНЫХ КОЛОНН, включающее корпус с радиальными отверстиями и кольцевой проточкой, дифференциальную втулку, установленную в кольцевой проточке корпуса, перекрывающую его радиальные отверстия и выполненную спро «1вочными окнами, верхнее и нижнее посгщочные седла, запорную и разделительную пробки, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности работы устройства за счет повышения его герметичности и пЕ едотврацения преждевременного открытия радиальных отверстий, верхнее посадочное седло выполнено в виде гильзы с радиальными отверстиями в верхней части, причем гильза выше и ниже верхнего торца дифференциальной втулки выполнена с уплотнениями, и расстояние по высоте от радиальных отверстий гильзы до торца дифференциальной втулки больше расстояния между радиальными отверстиями корпуса и промывочными окнами. 2. Устройство по п. 1, о т личающееся тем, что верхнее и.нижнее посадочные седла установлены на разрушаемых фиксаторах, причем фиксатор верхнего посадочного седла выполнен на меньшее разрушающее усилие, чем фиксатор нижнего посадочного седла. О оо 4 СО сл