Устройство для цементирования скважин Советский патент 1984 года по МПК E21B27/02 

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, в частное ти к устройствам для цементирования скважин, например, для герметизации дефектов при ремонте обсадных колонн при проведении подземных и капиталь ных ремонтов и т.д. Известно устройство для цементиро вания скважин, включающее корпус с открывающимся дном и шарнирным клап ном l . , Недостатком данного устройства яв ляется длительность самопроизвольно го опорожнения его от цементного ра вора. Наиболее близким к предлагаемому является устройство для цементирования скважин, включающее Koprjyc с камерой сгорания, камерой для тампоназкного раствора, поршень, основной пороховой заряд и дополнительный пороковой заряд, размещенный в полости корпуса, сообщенной с полостью скважины, и пакерующие элементы, установленные в верхней и нижней частях корпуса 2 . Недостатком известного устройства является низкое качество цементирования скважин, так как оно не обес печивает задавливания тампонажного раствора в пласт. Это происходит изза кратковременности процесса и резкого скачка давления, возникающего при Рорении заряда. Цель изобретения - повышение надежности опорожнения устройства путем снижения давлений импульсного характера на тампонажный раствор. Поставленная цель достигается тем что устройство ддя цементирования скважин, включающее корпус с камерой сгорания, камерой для тампонажного раствора поршень, основнойпороховой заряд и дополнительный пороховой заряд, размещенный в полости корпуса, сообщенной с полостьюскважины, и пакерующие элементы,установленные в верхней и нижней частях корпуса, снабжено кожухом, подвижным относительно корпуса и образующим с ним против камеры сгорания наружную коль цевую полость, и втулкой-толкателем, установленной на корпусе против камеры для тампЬнажного раствора, при этом корпус против кожуха вьтолнен с верхними радиальными отверстиями, .сообщающими камеру сгорания с наружной кольцевой полостью,.нижними пере крытыми кожухом радиальными отверстиями, против котоЕзых камера сгорания выполнена с аккумулирующей полостью, и нагнетательными отверстиями против втулки-толкателя, установленной с возможностью открытия нагнетательных отверстий при открытии нижних радиальных отверстий корпуса, полость которого под дополнительный пороховой заряд выполнена между пакё рующими элементами. Кроме того, устройство снабжено дополнительным пороховым зарядом, установленным с возможностью срабатывания при опорожнении камеры дпя тампонажного раствора. На фиг. 1-3 представлено предлагаемое устройство. Устройство состоит из корпуса 1 с камерой 2 сгорания и с размещенным в ней пороховым зарядом 3. Кроме того, в корпусе выполнена камера 4 для тампонажного раствора, которая перекрыта в нижней части разрывной диафрагмой 5. В камере 4 для тампонажного раствора размещен рабочий 6 и промежуточный 7 поршни. Между корпусом 1 и промежуточным поршнем 7 находится расширительная камера 8, заполненная машинным маслом. Кроме того, устройство снабжено кожухом 9, установленным подвижно относительно корпуса 1. Кожух 9 образует с корпусом 1 против камеры 2 сгррания наружную кольцевую полость 10. На корпусе против камеры 4 для там-. понажного раствора установлена также втулка-толкатель 11. Камера 2 сгорания в нижней части выполнена с аккумулирующей полостью 12. Корпус1 про-тив кожуха 9 выполнен с верхними радиальными отверстиями 13, сообщающими камеру 2 сгорания с наружной кольцевой полостью 10,нижними радиальными отверстиями 14, перекрытыми кожухом 9, и нагнетательными отверстиями 15 против втулки-толкателя 11, установленной с возможностью открытия нагнетательных отверстий 15 при открытии нижних радиальных отверстий 14. Камера 4 для тампонажного раствора сообщена с камерой 16 перетока газов каналом 17. В корпусе 1 выполнены также направляющие радиальные отверстия, в которых размещены шлипсы 18, В кольцевой проточке корпуса размещен пакерующий элемент 19, в исходном положении закрытый съемным кожухом 20, между внутренней торцовой поверхностью которого и буртом 21 прикладывают рабочее давление, передаваемое через радиальный канал 22. Между кожухом 9, втулкой-толкателем 11 на корпусе 1 установлен дополнительный пороховой заряд 23. Между промежуточным поршнем 7 и разрывной диафрагмой 5 в. кольцевой выточке на поверхности корпуса размещены шлипсы24, пакерующий элемент 25 и стакан 26. Причем шлипсы смонтированы на втулке 27 с возможностью осевого перемещения и закреплены на корпусе устройства пружинным замком . 28 и шариковым (не показано). В торцовой части втулки расположен клаан 29 с пружинным замком. Корпус стройства соединен с кабелем 30 осредством головки 31. Между головкой и шлипсами 18 в корпусе выполнена взрывающая перегородка 32 и датчик 33 давления. Скважина обСс1жена обсадной колонной 34.

Устройство работает следующим образом.

Перед спуском в скважину камеру 4 устройства заполняют тампонажным раствором (цементный раствор с водой) в количестве 0,2 м, а камеру 8 - машинным маслом в количестве 1,5 л. На кабрле 30 устройство с наружным диаметром 116 и внутреннй д100 мм, длиной 20 м спускают в интервал цементирования скважин на глубину 1240 м.

В устройстве использованы стандартные пороховые заряды марки АДС-7 диаметром 40 и 140, высотой 500 мм, весом 2 и б кг. Сигналом, поданньал с поверхности земли, воспламенягот пороховой зардд. При его горении выделяются газы, которые поступают во внутреннюю полость устройства. Давление газов передается на лшипсы 18V которые, выдвигаясь, входят в зацепление с обсадной колонной 34 и фиксируют устройство. Одновременно под действием давления газов через радиальные каналы 22 кожух 20 снимается с пакерующего элемента 19, который раскрываясь, перекрывает сечение скважины. Через верхние радиальные отверстия 13 давление газов передается на кожух 9 и сдвигает его/ при этом открываются нижние радиальные отверстия 14 и происходит заполнение наружной кольцевой полости скважинной жидкостью. Давление также передается на поршень б, который сдвигается вниз и давит на тампонажный раствор в камере 4. Поршень б, опУскаясь, садится на промежуточный поршень 7 и заставляет его перемещаться вниз. Это вызывает рост давления В камере 8,приводящий в движение втулку-толкатель 11, которая своим торцом сжимает пакерующий элемент 25, а последний, расширяясь, перекрывает обсадную колонну 34. рдновременно с этим передается давление на шлипсы 24, которые входят в зацепление с обсадной КОЛОМНОЙ, втулка-токлкатель 11 при этом открывает нагнетательные отверстия 15. Движение втулки-толкателя происходит до срабатывания заилка 28.

С началом движения поршня 6 давление передается на диафрагму 5, которая при достижении предельного значения давления разрушается. Тампонажный раствор из корпуса устройства выдавливается в скважину. Происходит

процесс заполнения скважины тампонажным раствором. Пропорционально .уменьшению объема раствора внутри устройства падает давление. Снижение давления до расчетной величины служит сигналом к воспламенению дополнительного порохового заряда 23, что фиксируется, например, на шлейфовом осциллографе Н041У (находящемся на устье скважины) с помощью датчика 31 дав0ления. Газы высокого давления, выделяющиеся при горении порохового заряда 23, поступают по кольцевому зазору между стенками корпуса устройства и обсадной колонны через нагнетательные отверстия 15 в камеру 4, задав5ливая тампонажный раствор в пласт.

При этом внутренняя полость устройства для цементирования скважин выполняет роль аккумулятора давления, который, запасая и сглгикивая

0 первичный импульс, гарантирует плавное снижение давления, позволяющее постепенно задавливать тампонажную смесь в пласт.

Время окончания продавки тампо5нажного раствора устанавливают по понижению избыточного давления в корпусе устройства, что фиксируют, например, на осциллографе Н041У при помощи датчика давления. Прдъем уст0ройства осуществляют следующим образом. Сигналом, поданным с поверхности земли, взрыванзт перегородку, при этом давление в устройстве выравнивается с давлением в скважине. Шлип5сы 18 возвращаются в тра нспортное положение. Устройство извлекают на поверхность, а в скважине остаются эластичная манжета 25 и шлипсы 24, зафиксированные шариковым замком на

0 втулке 27. Центральными канал riepeкрыт клапаном 29, что исключает возможность вытеснения тампонажного раствора из пласта под действием пластового давления.

5

. После окончания работ разбуривают цементный стакан и опрессовывают обсадную колонну при давлении, например, 100 кг/см на герметичность.

0

Известные устройства.для цементирования скважин не обеспечивают возможности задавливания тампонажного раствора в пласт, следовательно, требуются повторные обработки. С приме5нением предлагаемого устройства проводить повторное цементирование скважин нет необходимости. Наличие в устройстве аккумулятора давления и дополнительного порохового заряда повышает качество цементирования,так

0 как оно позволяет не только доставлять тампонажный раствор в зону изоляции скважины, но и задавливать его в пласт.

(pue.1

« t

фиг 2

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЦЕМЕНТИ-; РОВАНИЯ СКВАЖИН, включающее корпус с камерой сгорания, камерой для тампонажного раствора, поршень, основной пороховой заряд и дополнительный пороховой заряд, размещенный в полости корпуса, сообщенной с полостью скважины, и пакерующие элементы, установленные в верхней и нижней частях корпуса, отличающ4ес я тем, что, с целью повышения надежности его опорожнения путем снижения давлений импульсного характера на тампонажный раствор, оно снабжено кожухом, подвижным относительно корпуса и образующим с ним против камеры сгорания наружную кольцевую полость fи втулкой-толкателем,установленной на корпусе против камеры для тампонажного раствора, при э1;рм корпус против кожуха выполнен с верхними радиальными отверстиями, сообщающими камеру сгорания с наружной кольцевой полостью, нижними перекрытыми кожухом рс1диальными отверстиями, против которых камера сгорания выполнена с аккумулирующей полостью, и нагнетательными отверстиями против втулки-толкателя, установленной с возможностью открытия нагнетательных i отверстий при открытии нижних радиальных отверстий корпуса, полость (Л которого под дополнительный пороховой заряд выполнена между пакерующис: мй элементами. 2. Устройство по п. 1, отли чающееся тем, что дополнительный пороховой заряд установлен с возможностью срабатывания при опорожнении камеры для тампонажного раствора. D X Э ;о :АЭ ND