Устройство для цементирования скважин Советский патент 1988 года по МПК E21B33/14 

со со

СП

00

о со

Изобретение относится к бурению скважин, в частности к устройствам для их ступенчатого цементирования. Цель изобретения - упрощение уп- равления устройством в работе и исключение образования перемычек между ступенями цементирования из привод ных элементов,

На фиг,1 изображено устройство для цементирования скважин в транспортном положении; на фиг.2 сечение А-А на фиг.15 на фиг.З - момент открытия цементировочных отверстий после окончания цементирования первой ступени обсадной колонны; на фиг.4 - то же, при цементировании второй ступени по методу обратной циркуляции на фиг.5 - то же, после окончания про- цесса цементирования и фиксации верхей втулки в крайнем нижнем положений. Устройство включает корпус 1 с ра- иальными 2 и цементировочными 3 от- верстиями. Цементировочные отверстия 3 перекрыты снаружи дифференциальной втулкой 4 с внутренней кольцевой про- точкой 5, Б нижней части корпуса 1 помещен пакер 6 с механизмом привода его в рабочее положение. Этот механизм помещен снаружи корпуса и в данном случае представляет собой неподвижный корпус 7 пакера 6, образующий с корпусом 1 устройства кольцевую полость 8, сообщенную с рабочей полостью 9 пакера 6,

Против радиальных отверстий 2 корпуса 1 снаружи его установлена дополнительная дифференциальная втулка 10 с внутренней кольцевой проточкой 11, образующей с корпусом 7 пакера и корпусом 1 устройства циркуляционную полость 12, сообщенную через кольцевую полость 8 с рабочей полостью 9 пакера 6.

Глубина внутренней кольцевой проточки 11 дополнительной наружной дифференциальной втулки 10 больше глубины внутренней кольцевой проточки основной дифференциальной втулки 4. При этом сама дополнительная дифференциальная втулка установлена с возможностью верхнего осевого перемещения. Между дополнительной 10, основной 4 дифференциальными втулками помепгено разрезное пружинное кольцо 13. Под trero корпус 1 выполнен с наружной кольцевой проточкой 14, Дифференциальная втулка 4 образует с корпусом 1 кольцевую полость 15, которая при

0

5

0

5

0

5

O

5

O

5

осевом перемещении вверх дифференциальной втулки 4 вместе с цементировочными отверстиями 3 образует заливочный канал (см, фиг,3). Пакер 6 закреплен на корпусе 1 штифтом 16, обжимной обоймой 17,

Дополнительная дифференциальная втулка 10 зафиксирована на корпусе рядом срезных штифтов 18 и ограничителем перемещения 19, Дифференциальная втулка 4 выполнена с фиксатором 19 и двумя рядами срезных штифтов 20 и 21 и с пружиной 22.

Для упрощения технологии сборки устройства корпус 1 выполнен из двух частей, соединенных между собой резьбовым соединением. При сборке устройства на корпусе устанавливаются жесткие центраторы 23 и 24, а дифференциальную втулку 4 подпружинивают к дополнительной дифференциальной втулке 10 пружиной 22 с расчетным осевым усилием, обеспечивающим возвращение этой втулки в исходное нижнее положение при равенстве гидростатических давлений, действующих на устройство и в устройстве в момент окончания процесса цементирования,

Пакер 6 выполнен, например, из высокопластичной стали или алюминиевых сплавов с коэффициентом относительного удлинения 35-40%, т,е, имеет деформационные характеристики, анало- , гичные характеристикам резинотканевого Ь5плотнительного элемента рукавного типа, а по прочностным характеристикам значительно превосходит последний. Герметизация контакта уплотнитель ный элемент - стенка скважипЕ г или предыдущая обсадная колонна обеспечивается резиновым уплотнительным кольцом 23, Радиальные отверстия с внутренней стороны корпуса пер€ Крыты полой срезной пробкой 25.

Конечные положения дифференциальных втулок 4 и 10 фиксируются с помощью фиксаторов 26 и 27, Kopjnyc под цементировочными отверстиями выпoл Jeн с нагнетательными отверстиями 28.

Устройство работает следующим образом.

После спуска устройства (см. фиг.1 и 3) в заданный интервал скважины выполняют цементирование первой ступени колонны от ее башмака до устройства „ При прохождении продавочной пробки в интервале устянозки устройства продавочная пргМ ткл срр ьчет почую

31

пробку 25 и садится на Стоп -кольцо (на фиг.1 и 3 НС показано). После получения сигнала Стоп, свидетельствующем об окончании цементирования первой ступени, в обсадной колонне создают расчетное избыточное давление для запакеровки пакера 6. Жидкость из внутреннего канала устройства поступает в рабочую полость 9. Конструк- ция пакера 6 и материал из которого он изготовлен выбираются такими, чтобы при избыточном внутреннем давлении в интервале установки устройства

Цементирование второй ступени ведут по расчету объема закачиваемого в межтрубное пространство тампонажно- го раствора с заведомой перекачкой части его объема в эксплуатационную колонну вьше устройства.

Если в процессе цементирования второй ступени по какой-то технической причине произойдет непредвиденная остановка, то на устье перекрывают цементируем ю колонну. При создав шем- ся равенстве давлений в устройстве и в межколонном дифференционная втулка

в процессе цементирования первой сту- 15 под действием усилия от пружины 22

пени не происходила самопроизвольная его запакеровка после прохождения нижней цементировочной пробки через пакер. Опыт ступенчатого цементирования скважин показывает, что величи- на избыточного внутреннего давления на устройство не превосходит 10,ОМПа, Поэтому с коэффициентом запаса, равным, например, 2, пакер 6 расчитывается на запакеровку от избыточн9го внутреннего давления, равного . 20,0 Ша.

Для надежности запакеровки пакера 6 два ряда штифтов 18 и 9, удерживающих дифференциальные втулки 4 и 10 от осевого перемещения вверх, расчи- таны на срез от действия осевого усилия на внутреннюю кольцевую проточку 11 при избыточном внутреннем давлении, например, равном 25 МПа, что обеспечивает надежность запакеровки пакера 6 (см. фиг.З). Дифференциальные втулки 9 и 10 находятся в крайнем верхнем положении, когда их дальнейшее перемещение вверх ограничено упорами, разрезное пружинное кольцо 13 вошло в наружную кольцевую проточку 14 корпуса.

В этом положении устройства его внутренний канал сообщается с зако- лонным пространством через цементировочные отверстия 3, о чем будет свидетельствовать резкое падение давления на устье в обсадной колонне. Следовательно, цементирование первой ступени обсадной колонны закончено.

После этого приступают к подготовке и цементированию второй ступени обсадной колонны по упрощенной технологии методом обратной циркуляции через межколонное кольцевое пространство (см. фиг.4) без пуска в скважину падающей и верхней продавочной пробок.

0

5

0

5

вернется в транспортное положение, но не будет соприкасаться с дополнительной втулкой 10. Расстояние между втулками будет равно длине перекрываемой разрезным пружинным кольцом 13 части кольцевой проточки (см. фиг.1). От перемещения в крайнее нижнее положение дифференциальную втулку 4 удерживает ряд срезных штифтов 21. При возобновлении закачки тампонажного раствора в межколонное пространство давление в нем возрастает и дифференциальная втулка 4 под действием осевой силы, действующей на нее снизу от избыточного наружного давления, вернется в положение, при котором осуществляется процесс цементирования второй ступени (см. фиг.4).

После окончания закачивания расчетного объема тампонажного раствора давление на устье межтрубного пространства сбрасывают до нуля и пере- i

крывают на устье цементируемую колонну. При этом дифференциальная втулка 4 под действием осевого усилия, создаваемого пружиной 22, возвращается в транспортное положение и герметично перекрывает цементировочные отверстия 3. Далее в обсадной колонне создают избыточное давление, которое передается в устройстве на внутреннюю кольцевую проточку 5, При расчетном по величине давлении большем, чем давление, при котором были открыты цементировочные отверстия 3 в момент окончания цементирования первой ступени колонны, происходит срез ряда штифтов 21, дифференциальная втулка перемещается в крайнее g положение и фиксируется фиксатором 24 (см. фиг.З). Ряд штифтов 21 (см. .фиг.1) должен срезаться при избыточном, внутреннем давлении большем, чем давление среза двух рядов штифтов 17

0

5

0

и 9, чтобы исключить вероятность среза ряда штифтов 20 одновременно с рядами штифтов 18 и 9 в случае нарушения условия медленного повышения давления в дементируемой колонне после посадки нижней дементировочной пробки на Стоп -кольцо, т.е. перед открытием дементировочных отверстий в устройстве.

Для упрощения технологии изготов- ;ления устройства и расчета на срез |Штифтов 18, 9 и 21, т„е. упрощения 1управлением работы устройства, соот- глубин внутренних кольдевых |проточек 5 и 11 выполнено, например, |как 2 к 1. При этом соотношение площадей, одно и то же по величине избы- |точное давление, создаваемое в уст- ;ройстве, при окончании цементирова- ;ния первой ступени обсадной колонны JH после окончания цементирования вто рой ступени образуют одну и ту же ве- личину усилия, действугои его в первом

Я

1 Фиг.-1

случае на обе втулки дифферендиальные втулки 9 и 10 снизу вверх, а во. втором - только на втулку 10 сверху вниз (во втором случае втулка 4 не принимается во внимание, так как удерживается от осевого перемещения ограничителем 19 и фиксатором 25 (см. фиг.5). А следовательно, все срезные штифть

18, 9 и 21 можно изготовить со срезной шейкой одного диаметра и при сборке устройства следует установить штифтов в ряду 21 по крайней мере на одни больше, чем в двух рядах 18 и 9

вместе. Например, в рассматриваемом варианте при избыточном внутреннем давлении, равном 25 МПа, срезаются 5 штифтов, составляющие два ряда штифтов 18 и 9. Поэтому в ряд 21 устанавливают 6 штифтов и после окончания дементирования второй ступени об-, садной колонны в устройстве создают избыточное внутреннее давление, равное 30., О Ша.

Фиг.1

Фиг. З

VJ

у.

i9

/j

x

Фиг. 5