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

(21)4096055/22-03

(22)14.07.86

(46) 23.08.88. Бюл. № 31

(71)Красноярский отдел бурения и испытания скважин Восточно-Сибирского научно-исследовательского института геологии, геофизики и минерального сырья

(72)В.А.Прасолов, И.А.Истомин и В.Ф.Щипачев

(53)622.245.42(088.8)

(56)Авторское свидетельство СССР № 1044769, кл. Е 21 Б 33/16, 1982.

Авторское свидетельство СССР № 625023, .кл. Е 21 В 33/14, 1976.

(54)УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ ОБСАДНЫХ. КОЛОНН

(57)Изобретение относится к горной

пром-сти и позволяет повысить надежность в работе устр-ва. Оно включает корпус (К) с осевым каналом 2 и периферийными отверстиями 3, в которых установлены фильтрующие элементы 4 в виде полого цилиндра (ПЦ), диафрагмы 5. Над ними подвижно установлены штыри 6, а в канале 2 размещен обратный клапан 7. Под К 1 установлен . опорный диск 8 с осевыми отверстиями 9. ПЦ расположен между К 1 и диском 8. Верхний торец ПЦ жестко соединен с К I, а нижний - с диском 8. Прода- вочная пробка, насаживаясь на штыри 6, разрушает диафрагмы 5. Клапан 7 закрывается. Цементный раствор частично обезвоживается на элементе 4, а фильтрат раствора поступает в по

(Л

00

4;

ftocTb колонны под к 1. в полости меж- ЙУ К 1 и диском 8 формируется цемент- уплотнение, сжатие которого вызывает дополнительное уплотнение дефектной массы. По мере доуплотнения

сопротивляемость сжатию цементной массы пропорционально возрастает. обр., прорьт продавочной жидкости башмачную часть колонны полностью ключается. 1 ил.

1

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к нефтегазо- добьшающей, и может быть использовано при цементировании обсадных колонн.

Цель изобретения - повьппение на- дажности устройства в работе путем повьшения его герметичности после цементирования обсадочной колонны в условиях действия избыточного давления в прямом направлении.

На чертеже представлено устройство, общий вид, продольный разрез.

Устройство включает корпус 1 с выполненным в нем осевым каналом 2 и периферийными отверстиями 3, фильтру ющие элементы 4 и диафрагмы 5, установленные в периферийных отверстиях 3j штыри 6j установленные над диафрагмами 5j обратный клапан 7, разме- щенный в осевом канале 2 корпуса 1, опорный диск 8 с выполненными в нем осевыми отверстиями 9, упорный диск 10, через который пропущены штьфи 6.

Устройство работает следующим об- разом.. .

После закачивания в скважину необходимого количества цементного раствора в скважину закачивается прода- вочная пробка, которая, садясь нашты ри 6, разрушает диафрагмы 5. При прекращении подачи насосов обратный клапан 7 закрьшается.

Под действием перепада давления, как разности давлений столбов цементного раствора в затрубном пространст- ве и более легкой продавочной жидкости в колонне, цементный раствор подвергается частичному обезвоживанию на фильтрующем элементе 4. В полости между корпусом 1 и ограничительным дис- ком 8 формируется цементное уплотнение, а фильтрат раствора поступает через фильтрующий элемент 4 в полость колонны над корпусом 1, В процессе

5

5 О

„

S

о

снижения давления за обсадными труба- - ми до пластового на обратном клапане 7 возникает перепад давления противоположного знака, т.е. в направлении башмака колонны. Под действием это го давления обратнь1й клапан 7 нагружает цементное уплотнение дополнительной силой. При малой величине этой силы цементное уплотнение полностью воспринимает нагрузку, а следовательно, и фиксирует обратный клапан 7 в закрытом положении. Если же сила достаточно велика, то цементное уплотнение деформируется, поскольку сдвиг его в трубе невозможен ввиду наличия ограничительного диска 8. Сжатие цементного уплотнения повышенной нагрузкой вызьшает дополнительное уплотнение цементной массы с выходом дисперсионной среды через промывочные отверстия в .ограничительном диске 8. По мере доуплотнения сопротивляемость сжатию цементной массы пропорционально возрастает. Проницаемость ее практически равна.нулю. Таким образом, прорьш продавочной жидкости в башмачную часть колонны исключается полностью.

Сопротивляемость цементной массы возрастает до тех пор, пока на нее действует активная сжимающая нагрузка, передаваемая продавочной жидкостью, поэтому наименьшее расстояние между корпусом и ограничительным диском определяется максимальной величиной смещения затвора обратного клапана в открытом положении. Наибольшее расстояние ограничивается необходимостью .достижения максимального уплотнения цементной массы при полном открытии затвора.

Возможная наибольшая величина смещения затвора ЛЬ должна быть больше или равна деформации лЬ цементной массы в полости между седлом и огра

3-14

ничительныг- диском при максимально возможной сжимающей нагрузке, т.е.

Uh7f лЪ. ,

Максимальное избыточное давление из ряда возможных в практике строительства скважин равно 160 мкгс/см. Экспериментально установлено, что :под воздействием этого давления затвор клапана, сжимая цементное уплотнение высотой h, вызьтает сокращение его на 20%, т.е. на величину лЬ , равную

3h 0,2h,

где h - начальная высота цементного уплотнения, равная расстоянию между клапанным седлом и ограничительным диском.

Задаваемая величиной 4h, имеющей определенное значение для клапана конкретного типоразмера, можно определить h из выражения

h 5/Jh.

Таким, образом, величина h, как высота пространства медлу седлом и ог- раничительным кольцом, представляется зависимостью

.

Например, в конструкции типового тарельчатого клапана для обсадной ко лонны диаметром 146 мм допускается смещение затвора вниз при полном открытии на 30 мм.

Отсюда следует, что наибольшего доуплотиения возможно достигнуть при высоте цементной массы h, равной 54h , т.е.

h

г - 150 ММ.

0

5

5

0

0

5

Для обратных клапанов увеличенного диаметра предусматривается смещение затвора на большую величину. Нап-. ример, в клапане под колонну 245 мм смещение составляет 50 мм. В этом случае h 250 мм.

Эффективность предложенного устройства определяется сокращением затрат средств и времени на исследование скважин и восстановления герметичности башмачной части обсадных колонн. Формула изобретения

Устройство для цементирования об- садных колонн, включающее корпус с вьшолненным в нем осевым каналом и периферийными отверстиями с установленными в последних фильтрующими эле- , ментами и диафрагмами, продавочную пробку, штыри, установленные над диафрагмами с возможностью их осевого перемещения и размещения диафрагм при взаимодействии штырей с продавочной . пробкой и обратный клапан, установленный в осевом канале корпуса, отличающееся тем, что, с целью повьш1ения надежности в работе, оно снабжено опорным диском с выполненными в нем осевыми отверстиями установленным под корпусом, а фильтрующие элементы вьшолнены в виде полого цилиндра, размещенного между корпусом и опорным диском, причем верхний то рец полого цилиндра жестко соединен с корпусом, а нижний - с опорным диском .