Устройство для контролируемой установки цементных мостов Советский патент 1985 года по МПК E21B33/16 

Изобретение относится к технике бурения нефтяных и газовых скважин и предназначено для установки цементных мостов в обсадной колонне и открытом стволе скважины, закачивания тампонирующих паст прм борьбе с поглощениями бурового раствора, заполнения каверн в стволе скважины Известно устройство для контролируемой установки цементных мостов в скважинах, состоящее из корпуса, запорного элемента, подвижного седла, закрепленного в корпусе с помощью срезных щтифтов ij , Недостатком устройства является возможность только разового использования его в скважине. Кроме того, запорный элемент остается внутри устройства и промывка в дальнейшем осуществляется через кольцевое пространство или боковые отверстия в корпусе. Известно устройство для контролируемой установки цементных мостов, содержащее корпус, продавочнзп пробку, упругий запорный элемент и металлический подвижный стакан, закрепленный в корпусе с помощью срез ных штифтов 2j . Недостатком устройства является также возможность только однократно го его использования. Вновь работо способньм устройство становится лиш после извлечения его из скважины, закрпепения подвижной части устройст ва новыми штрифтами и заполнения коль цевой полости амортизационной жидкостью. Наиболее близким к изобретению является устройство для контролиру мой установки цементных мостов, содержащее корпус с верхними и нижним кольцевыми выступами, цементировочную пробку с манжетами и упругий посадочный элемент 3j . Недостатками устройства являются низкая надежность работы в условиях высоких температур, ограниченность ег.о применения из-за габаритных раз меров, так как оно.не пригодно для контролируемой установки цементных мостов в эксплуатационных колоннах в скважинах диаметром менее 190 мм, а также сложность его конструкции. Низкая надежность работы устройс ва в условиях высоких температур об ясняется тем, что упругий запорный элемент, изготовленный из резины, 82J установлен в корпусе устройства и согласно технологии установки цементных мостов перед началом работы длительное время находится при высокрй забойной температуре, особенно в сверхглубоких скважинах, где температуры превьш1ают 120, что приводит к температурной деструкции резины и деформации упругого запорного элемента. Низка надежность информации о втором сигнале Стоп ввиду получения об этом только одного признака повышения давления на устье скважины. Величина этого давления должна быть меньше давления, получаемого при первом сигнале Стоп, иначе может произойти преждевременное выталкивание пробки на забой скважины. Однако при таком ограничении давления не исключена возможность получения ложного сигнала Стоп в момент посадки пробки на кольцевые выступы корпуса. В результате пробка не фиксируется в корпусе устройства и не препятствует обратному поступлению цементного раствора из затрубного пространства в трубы. Кроме того, сложна конструкция устройства из-за наличия подвижных элементов и сложной конструкции упругого запорного элемента, что обуславливает низкую- надежность срабатывания устройства при выталкивании продавочной пробки из корпуса устройства, а также невозможность его применения для установки цементных мостов в эксплуатационных колоннах. Цель изобретения - повьш ение надежности работы устройства в условиях высоких температур и больших гидростатических давлений, расширения области его применения и упрощения конструкции. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для контролируемой установки цементных мостов, содержащем корпус с верхними и нижними кольцевыми выступами, цементировочную пробку с манжетами и упругий посадочньй элемент, верхний и нижний кольцевые выступы выполнены на расстоянии друг от друга не меньшем высоты цементировочной пробки, а з ругий посадочный элемент вьтолнен в виде кольца, установленного между манжетами цементировочной пробки с возможностью его посадки на верхний кольцевой выступ и последзпощей продавки через него цементировочной пробки. Размещение одного из кольцевых выступов на нижнем конце корпуса позволяет исключить возможность пре девременного выталкивания пробки на забой скважины в момент резкого повышения давления в трубах при посадке пробки на упругий запорный эл мент, так как даже при непроизвольном проталкивании пробки через отверстие верхнего кольцевого выступа; она садится и удерживается на нижне кольцевом выступе. Кроме того, при этом получают дополнительную информ цию об окончании продавки в виде падения давления вследствие проталкивания пробки в среднюю расширенну часть корпуса, Размещение упругого запорного эл мента на продавочной пробке позволя ет сократить время его нахождения при высокой температуре, чем предот вращается деструкция и деформация этого элемента, сохраняется его работоспособность, Вьшолнение упругого запорного эл мента в виде кольца, установка его с зазором на поверхности продавочной пробки между ее манжетами и вза имодействие упругого запорного элемента с верхним кольцевым выступом позволяют упростить механизм срабат вания и конструкцию устройства всле ствие упрочнения конфигурации упругого запорного элемента и исключени подвижных элементов. При неизменных размерах манжет (резиновых) цементировочной пробки возможно использование колец (напри мер, резиновых) с толщиной в диапаз не от наружного диаметра наиболее узкой части пробки до внутреннего диаметра колонны труб, что намного больше толщины манжет. Следовательн при одних и тех же гидродинамических и гидростатических давлениях относительная деформация резинового кол ца по его толщине и изменение соотношения диаметров кольца и выступа много меньвш относительной деформации по толщине резиновых манжет и упомянутого соотношения, а это обес печивает мягкую центрируемую посадк пробки с кольцом на верхний кольцевой выступ, надежное перекрытие верх него конца устройства и получение первого стоп-сигнала, Вьтолнением упругого посадочного элемента в виде кольца и размещением его на наружной поверхности цементировочной пробки между ее манжетами достигается также возможность изготовления кольца из материала с иными физико-механическими свойства- ми, чем манжетная резина, а это обеспечивает возможность усиления описанного механизма достижения положительного эффекта. Так, кольцо можно изготовить из резины (или иного эластичного материала) с меньшей податливостью, чем манжетная резина, что недопустимо при изготовлении манжет, так как повьш1ает опасность заклинивания пробки в трубах и верхнем конце устройства, особенно при малом его диаметре. Кроме того, появляется также возможность наблюдения этого сигнала в течение некоторого времени после посадки за счет повьшенного трения между резиновой манжетой пробки и резиновым кольцом (трение в паре резина - резина) , а также между резиновым кольцом, кольцевым выступом и внутренней стенкой устройства и затрат энергии на скручивание резинового кольца, в процессе последзпощего повьппения давления и продавливания цементировочной пробки через верхний конец устройства. На фиг.1 показана цементировочная пробка, общий вид на фиг.2 - устройство в момент посадки на верхний кольцевой выступ. I: Устройство состоит из корпуса 1 с верхним 2 и нижним 3 кольцевыми выступами и цементировочной пробки, состоящей из сердечника 4, Эерхней 5 и нижней 6 манжет, между которьыи на цилиндрической поверхности установлен упругий посадочный элемент, выполненный в виде кольца 7. Это кольцо выполнено с возможностью его посадки на верхний кольцевой выступ и последующей продавки через него цементировочной пробки. При этом нижний кольцевой выступ выполнен на расстоянии от верхнего кольцевого выступа, не меньшем высоты цементировочной пробки. Устройство работает следующим образом. S 1 После вькода цементировочной проб ки в 1 ее нижняя манжета 6 проходит через верхний кольцевой выс туп 2. При этом представляется возможность при рабочем давлении- регулировать скорость продвижения пробки в корпусе за счет выбора такого соотношения диаметров нижней манжеты и проходного сечения верхнего кольцевого выступа, когда исключена возможность резкого возрастания давления в колонне и получения ложного сигнала Стоп. Продвижение пробки внутрь .корпуса прекращается после того, как/упругий поса дочный элемент 79 размещенный на цилиндрической поверхности цементировочной пробки, садится на верхний кольцевой выступ 2, а верхняя манжета 5 цементировочной пробки садится на упругий элемент 7. Это происходит в результате выбора такого соотношения диаметров верхней манжеты 5 пробки и упругого посадочного элемента 7, когда величины рабочего давления недостаточны ,для прохождения пробки через посадоч ный элемент. После прекращения движе ния цементировочной пробки в корпусе давление в колонне резко повышаг ется и получается сигнал Стоп. После создания избыточного давления в колонне упругий посадочный элемент 7 раздается, пропускает через себя верхнкет манжету и остается на верхнем кольцевом выступе, а цементировочная пробка попадает в расширенную полость корпуса, размещенную между верхним 2 и нижним 3 кольцевыми выс тупами и давление в колонне падает что является достоверным сигналом о фиксации цементировочной пробки, в корпусе устройства. После этого оста 2 навливают работу цементировочных агрегатов и поднимают заливочную колонну на верхнюю отметку моста, при этом нижний кольцевой выступ препятствует вьтадению пробки в скважину, а верхний кольцевой выступ удержива-ет пробку от всплывания, за счет чего исключается обратное поступление цементного раствора в колонну. Вновь создав избыточное давление в колонне, продавливают вторую пробку в скважину и вымывают излишки тампонажного раствора. Таким образом, предлагаемое устройство обладает повышенной надежностью работы и широкой областью применения за счет упрощения конструкции,- чем достигается повьштение успешности установки цементных мостов в скважинах. Применение изобретения дает значительный экономический эффект. Экономический эффект от применения предлагаемого устройства обеспечивается тем, что исключается повторное забойное цементирование из-за получения некачественного цементного моста в глубоких высокотемпературных скважинах, а также из-за удешевления стоимости самого устройства, отличакнцегося простотой конструкции. Экономический эффект от проведения одной скважино-операции по установке моста составит около 3000 руб. Таким образом, предлагаемое устройство для контролируемой установки цементных мостов обладает новизной технического решения, отличается повьшеннбй надежностью работы, простотой конструкции, широкой областью применения и обеспечивает получение значительного экономического эффекта,

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛИРУЕМОЙ УСТАНОВКИ ГЩМЕНТШХ МОСТОВ, содержащее корпус с верхними и нижними кольцевьми выступами, цемент.ировочную пробку с манжетами и упругий посадочный элемент, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности работы устройства в условиях высоких температур и больших гидростатических давлений, расширения области его применения и упрощения конструкции, верхний и нижний кольцевые выступы выполнены на расстоянии друг от друга, не меньшем высоты цементировочной пробки, а упругий посадочный элемент выполнен в виде кольца, установленного между манжетами цементировочной пробки с , возможностью его посадки на верхний кольцевой выступ и последующей продавки через него цементировочной пробки.