Устройство для ступенчатого и манжетного цементирования скважин Советский патент 1989 года по МПК E21B33/14 

что в свою очередь значительно сужа ет область его применения. 3. При разбуривании шара, пробки и цементного стакана между ними воз можны случаи нарушения герметичност уплотнительных колец верхней втулки перекрывающей цементировочные отвер стия, приводящие к негерметичности обсадной колонны в зоне цементировочных отверстий при ее опрессовке. Наиболее близким к изобретению является устройство для ступенчатог и манжетного цементирования скважин включающее корпус с осевым каналом, радиальными отверстиями и наружным выступом, установленный на корпусе уплотнительный элемент пакера, толкатель, помещенный на корпусе, запорную втулку - седло, помещенную внутри корпуса и дифференциальнзто втулку, установленную на корпусе пр тив наружного выступа и перекрывающую его радиальные отверстия. Техническим недостатком указанного устройства является необходимость предварительного заполнения полости, образованной корпусом и дифференциальной втулкой рабочей жидкостью. Для этого необходимо выполнить в устройстве по крайней мере два отверстия, через которые про изводят заполнение полости рабочей жидкостью и удаляют из нее воздух. Кроме того, отверстия, через которые производится заполнение полос ти рабочей жидкостью, необходимо сгерметизировать резьбовыми пробками снабженными уплотнительным кольцом, что, в свою очередь, также понижает надежность герметизации устройства и усложняет его конструкцию. Все это понижает надежность его работы, что в конечном счете может прийти к его отказу при цементирова нии второй ступени и остановлению тампонажного раствора в колонне. Целью.изобретения является повы- шение.надежности работы устройства и упрощение его конструкции. Поставленная цель достигается что устройство для ступенчатого и манжетного цементирования скважин, включающее корпус с осевым каналом, радиальными отверстиями и наружным выступом, установленный на корпусе уплотнительный элемент пакера, толк тель, помещенный на корпусе, запорную втулку - седло, помещенную внут ри корпуса, и дифференциальную втулку, установленную на корпусе против наружного выступа и перекрывающую его радиальные отверстия, снабжено, срезным полым штифтом, установленным в стенке корпуса против толкателя и против запорной втулки - седло, причем толкатель образует с корпусом наружную камеру, а запорная втулка - седло образует с корпусом внутреннюю камеру, сообщенную с .осевым каналом корпуса, который выполнен под втулкой - седлом на расстоянии, не меньшем толщины срезного полого щтифта, с внутренним выступом под наружный диаметр запорной втулки седла, а срезной полый штифт выполнен с возможностью обеспечения гидравлической связи внутренней камеры с наружной камерой при перемещении запорной втулки - седла до внутреннего выступа корпуса. - . На фиг. 1 изображено устройство в транспортном положении} на фиг. 2устройство в момент запакеровки устройства; на фиг. 3 - устройство в момент цементирования верхней ступени; на фиг. 4 - устройство в момент окончания цементирования. Устройство (фиг. 1) состоит из корпуса 1 с наружным выступом, радиальными А и боковыми Б отверстиями, уплотнительного элемента пакера 2, установленного на корпусе и оборудованного торцовой защитой 3, толкателя 4 с кольцевыми проточками В под фиксатор 5, дифференциальной втулки 6, установленной на корпусе против наружного выступа, перекрьшающей радиальные отверстия и образующей с корпусом кольцевую камеру Г, а с толкателем 4 - герметичное телескопическое соединение, упоров 7 и 8, зафиксированной срезным полым штифтом 9 запорной втулки - седла 10 и штифтом 11 верхней составной втулки 12 с замком 13. В корпусе Л выполнена кольцевая проточка Д для фиксации верхней втулки в конечном положении. Поверхность корпуса 1 образует с толкателем 4 наружную камеру Е, загерметизированную срезным полым штифтом 9, а внутренняя поверхность корпуса и запорная втулка - седло 10 образуют внутреннюю камеру Ж, сообщающуюся в исходном положении с осевым каналом корпуса, при этом корпус 1 под запорной втулкой - седлом на расстоянии, не меньшем толщины срез ного полого штифта, выполнен с внут ренним выступом под наружный диамет запорной втулки-седла 10. Верхняя составная втулка 12 также образует с внутренней ступенчатой поверхност корпуса камеру И, сообщающуюся в ис ходном положении с внутренней полость колонны труб. Уплотнительные кольца 1 обеспечивают необходимую герметичноСть устройства. Устройство оборуд вано жесткими центраторами 15. Устройство работает следующим об разом. . При посадке шара (фиг. 2) на запорную втулку - седло 10 срезается полый штифт 9 и запорная втулка седло, перемещаясь вниз, герметизирует внутреннюю камеру Ж, сообщая ее через срезанный полый штифт с на ружной камерой Е. Жидкость из внутренней камеры Ж при движении втулки-седла 10 поступает в наружную ка меру Е, перемещает вниз толкатель 4 и, таким образом, приводит в ра,о чее положение уплотнительный элемен пакера 2 (происходит запакеровка). Толкатель 4 при своем перемещении вниз выходит из контакта с наружной ступенью дифференциальной втулки 6, и фиксируется в конечном положении фиксатором 5. После герметизации за трубного пространства (после запаке ровки) избыточное давление н цемен тировочной головке снимают. Необходим условием перемещения дифференциальной втулки 6 вверх является превышение внутриколонного давления заколонным в интервале установки устройства. При ступенчатом и манжетном цементировании этот перепад достигается закачкой в обсадную колонну последней порции (2-3 м) продавочной жидкости (например, вод с пониженной плотностью. Кроме то-го в случае ступенчатого цементировани указанный перепад может быть достигнут за счет подъема тампонажной смеси вьш1е интервалаустановки устройства на 30-50 м при цементировэнии предыдущей ступени. Указанная вьш1е технологическая операция не осложняет процесса цементирования скважины и моярет быть осуществлена без всяких затруднений. Под действием большого перепада давления, действующего со стороны заколонного пространства (фиг. 3), дифференциальная втулка 6 перемещается вверх, открывая при этом радиальные отверстяи А, а жидкость из кольцевой камеры Г вытесняется в полость колонны через отверстия А, Б и камеру И. После закачивания расчетного объема тампонажной смеси в обсадную колонну пускают цементировочную пробку 16, (фиг. 4) которая при .взаимодействии с верхней втулкой 12 срезает штифты 11, вводя верхнее уплотнительное кольцо. 14, установленное на втулке, в контакт с внутренней цилиндрической поверхностью корпуса 1. Таким образом, верхняя втулка 12 становится дифференциальной, а камера И разобщается от внутренней полости колонны труб. При движении вниз втулка 12 перекрьшает радиальные отверстия А, .а жидкость из камеры И через отверстия В поступает в камеру Г, возвращая при этом дифференциальную втулку 6 в исходное положение, которая при этом снаружи перекрывает радиальные отверстия А. Таким образом, достигается повышенная надежность герметизации радиальных отверстий А, которая необходима в случае проведения внутриколонных работ (например разбуривания элементов, перекрывающих проходной канал колонны, спуска различных инструментов в скважину и т.п.). Кроме того, выполнение верхней втулки 12 как потенциально дифференциальной, гарантированно обеспечивает ее движение на необходимую величину рабочего хода, т.е. в момент перекрытия радиальных отверстий А произойдет некоторое отставание цементировочной пробки от втулки из-за несжимаемости объема идкости, заключенного между пробкой и шаром. ,, С применением устройства сущестенно упрощается конструкция, металоемкость, а следовательно, повы- . ается надежность работы устройства целом, а также исключается возможость неполной пакеровкй затрубного ространства скважины из-за преждеременного срабатывания, элементов стройства. Кроме того, отсутствуют ограниения обла.сти применения устройства, бусловленные невозможностью регуировать давление, приводящее в дейтвие уплотнительный элемент.

УСТРОЙСТВО, ДЛЯ СТУПЕНЧАТОГО . И МАНЖЕТНОГО ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ СКВАЖИН, включающее корпус с осевым каналом, радиальными отверстиями и наружным выступом, установленный на корпусе уплотнительный элемент пакера, толкатель, помещенный на корпусе, запорную втулку - седло, помещенную внутри корпуса, и дифференциальную втулку, установленную на корпусе против наружного выступа и перекрьшающую Настоящее изобретение относится к области крепления нефтяных и газовых скважин, а именно к устройствам, для ступенчатого и манжетного цементирования . Известно устройство для ступенчатого и манжетного цементирования, включающее корпус с цементировочны-. ми отверстиями, установленный на Koprtyce уплотнительный элемент, нижнюю и верхнюю втулки, установленные на срезных штифтах. Известное устройство имеет следующие недостатки: 1. В его конструкцию заложен принцип проведения запакеровки и отего радиальные отверстия, отличающееся тем, что, с целью повьшения надежности работы устройства и упрощения его конструкции, оно снабжено срезным полым штифтом, установленным в стенке корпуса против толкателя и запорной втулки седла, причем толкатель образует с корпусом наружную камеру, а запорная втулка - седло образует с корпусом внутреннюю камеру, сообщенную с осевым каналом корпуса, который выполнен под запорной втулкой - седлом на расстоянии, не меньшем толщины срезного полого штифта, с внутС ренним выступом под наружный диаметр . запорной втулки - седла, а срезной (/ полый штифт - с возможностью обеспечения гидравлической связи внутренней камеры с наружной камерой при . перемещении запорной втулки - седла до внутреннего выступа корпуса. СО крытия цементировочных отверстий за один прием создания избыточного давО1 ления. Поэтому при наращивании избыю точного давления в цементировочной головке для срабатывания пакера возможен одновременно с пакеровкой преж.девременный срез штифтов, удерживающих запорную нижнюю втулку от перемещения и, таким образом, преждевременное открытие отверстий для второй ступени цементирования скважины. 2. Во всех случаях применения пакера давления пакеровки постоянно, так как обусловлено диаметром срезных штифтов нижней запорной втулки.