Устройство для цементирования кавернозных скважин Советский патент 1986 года по МПК E21B33/14 

Изобретение относится к бурению скважин, в частности к устройствам для цементирования.

Целью изобретения является повышение качества цементирования кавернозных участков скважин за счет возможности механической обработки стенок каверн по периметру и гидравлической обработки застойных зон бурового раствора по всему объему каверн.

На фиг. 1 показано устройство, общий вид; на фиг. 2 - то же, в рабочем положении; на фиг. 3 - то же, в момент окончания цементирования; на фиг. 4 - разрез А-А на фиг. 1.

Устройство состоит из корпуса 1 с циркуляционными окнами 2, втулки 3, выполненной, например, дифференциальной. Втулка 3 выполнена .с посадочным седлом 4 и окнами 5, установлена внутри корпуса 1 и перекрывает его циркуляционные окна 2. Устройство содержит также стержни 6 с пружинами 1. Стержни 6 установлены в транспортном положении соосно с корпусом 1 и выполнены с возможностью их раскрытия под действием пружин 7 в рабочее положение.

На корпусе 1 установлена дополнительная втулка 8 с тангенциальными окнами 9 с возможностью вращения относительно последнего. С корпусом против его циркуляционных, окон 2 дополнительная втулка 8 образует полость 10, которая через циркуляционные окна 2 сообщается с полостью корпуса 1 в рабочем положении устройства.

Стержени 6 установлены на дополнительной втулке 8 в ее пазах 11 над тангенциальными окнами 9 и выполнены с упруго- деформируемыми щетками 12 на свободных концах.

Механизм фиксации стержней выполнен, например, в виде шпилек 13 со срезными головками 14. Корпус 1 имеет сквозные отверстия под шпильки 13. Срезные головки 14 шпилек 13 помещены внутри корпуса с возможностью их разрушения втулкой 3 при ее осевом перемещении.

В случае выполнения втулки 3 дифференциальной головки 14 шпилек 13 могут быть помещены в дифференциальной полости 15.

Втулка 3, кроме посадочного седла 4, выполненного под управляющую пробку 16, может иметь седло 17 под разделительную пробку 18. Седло 17 выполнено с отверстиями 7 и установлено на срезных элементах (не показаны).

Втулка 3 закреплена в корпусе на срезных элементах 19 и в нижней части имеет торцовые кулачки 20 под пазы 21 противо- поворотного фиксатора 22. Посадочное седло 4 тоже выполнено срезным (не показано). В верхней.части корпуса установлен переводник 23.

Устройство работает следующим образом. В собранном виде (фиг. 1) устройство с обсадной колонной опускают в скважину. Установку устройства в колонне выбирают 5 из расчета его расположения в непосредственной близости от нижней границы каверны.

После цементирования нижней ступени ствола скважины (от башмака колонны до каверны), при котором применяется це0 ментный раствор со сроками, достаточными для цементирования верхней ступени с расха- живанием, в колонну опускают управляющую пробку 16. После посадки этой пробки в седло 4 и создания в колонне избыточ ного давления срезаются элементы 19, и втулка 3 перемещается вниз до совмещения ее окон 5 с циркуляционными окнами 2 корпуса, срезая при этом головки 14 шпилек 13, удерживающие стержни 6 в пазах 11 дополнительной втулки 8. Под действием

0 пружин 7 (фиг. 2) щетки выходят из пазов 11, прижимаясь к стенкам скважины, а промывочный или цементный раствор через циркуляционные окна 2 и окна 5, полость 10 и тангенциальные окна (сопла) 9 поступает в заколонное пространство, вра щая под действием реактивных струй дополнительную втулку 8 вместе с упругодефор- мируемыми щетками.

В момент поступления цементного раствора (буферной жидкости или промывочного

раствора - в зависимости от выбранного способа цементирования) в заколонное пространство приступают к подъему обсадной колонны. При вхождении устройства в интервал каверны стержни 6 под воздействием пружин и центробежной силы от вращения

дополнительной втулки 8 занимают горизонтальное положение и, вращаясь, разрушают в каверне застойные зоны не вытесненного при промывке бурового раствора. Одновременно с помощью вращающихся струй цементного раствора, выходящего из

0 тангенциальных окон (сопел) 9, происходит очистка разрушенных упругодеформируе- мыми щетками застойных зон бурового раствора с последующим заполнением всего объема каверны цементом.

После выхода устройства из каверны в зависимости от принятой технологии цементирования колонну опускают до забоя скважины при одновременной продавке цементного раствора через устройство или же опускают, прекратив продавку.

0 В конце продавки цементного раствора при посадке разделительной пробки 18 на седло 17 втулка 3 перемещается вниз, перекрывая циркуляционные окна 2. В момент перекрытия этих окон втулкой 3 отверстия Б седла 17 располагаются ниже торца

5 переводника 23, обеспечивая поступление жидкости и передачу давления из полости колонны ниже пробок 16 и 18 в полость между торцами переводника и втулки 3. При этом

5

происходит полное перемещение втулки 3 в крайнее нижнее положение и ее стопоре- ние.

Вслед за этим в результате роста давления над разделительной пробкой 18 ере- зается седло 17, давление над пробкой 15 также увеличивается, и затем срезается посадочное седло 4. В результате сжимаемости заполняющего обсадную колонну раствора и увеличения давления над разделительной пробкой 18 происходит некоторое ее перемещение вниз. При этом седла 17 и 4 и управляющая пробка 16 могут упасть к бащмаку колонны или же переместиться вместе с разделительной пробкой 18 ниже интервала устройства. Этим исключается раз- буривание седел и пробок непосредственно в устройстве, предотвращается его повреждение и повыщается надежность герметизации, а также обеспечивается выравнивание давления по всей длине колонны в период

ОЗЦ, что повышает качество изоляции за- трубного пространства по контакту цементный камень - обсадные трубы.

После ОЗЦ пробки и седла (если они по какой-либо причине не упали вниз) проталкиваются бурильным инструментом к бащмаку колонны, где и разбуриваются.

Применение предлагаоемого устройства обеспечит качественное цементирование обсадных колонн в интервале каверн. При полном заполнении полости каверны цементом образующееся цементное кольцо повышает несущую способность, обсадной колонны и предотвращает возникновение и передачу односторонних концентрированных нагрузок на обсадные трубы при пластичном течении пород, например калийно- магниевых солей. Этим предотвращаются сложные аварии, связанные со смятием обсадных труб и приводящие в ряде случаев к ликвидации скважин.

гз

22

12

16

(pue.l

.2

16

сриед

А А

(.A