Устройство для ступенчатого цементирования скважин Советский патент 1991 года по МПК E21B33/14 

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

Целью изобретения является повышение надежности работы устройства.

На фиг.1 схематично изображено предлагаемое устройство; на фиг.2 - то же, процесс цементирования прямым способом: на фиг.З - то же, обратным способом: на фиг.4 - то же, окончание цементирования.

Устройство включает полый корпус 1 и кожух 2, образующие между собой кольцевую полость 3 и выполненные с цементировочными отверстиями соответственно 4 и 5, золотник б с хвостовиком 7, фиксатор 8. Кроме того, корпус 1 и кожух 2 выполнены соответственно с радиальными каналами 9 и 10. Золотник 6 с хвостовиком 7 помещен в верхней части кольцевой полости и образует с корпусом 1 и кожухом 2 перепускную камеру 11.

В нижней части кольцевой полости 3 помещен кольцевой поршень 12 с фиксаторами. Под кольцевым поршнем 12 помещен уплотнительный элемент пакера 13. Внутри корпуса 1 помещена подвижная втулка 14с седлом под цементировочную пробку 15.

При этом внутри корпуса в верхней его части помещена дополнительная подвижная втулка 16. установленная над цементировочными отверстиями 4 корпуса. Сам корпус 1 выполнен с элементом захвата цементировочной пробки, выполненным, например, в виде кольцевой канавки 17, куда входят фиксаторы 18 цементировочной пробки, выполненной с осевым каналом 19, циркуляционными отверстиями 20, посадочным седлом 21 в нижней части осевого канала, запорным элементом 22, помещенным на посадочном седле 21 и ограничителем 23 верхнего перемещения запорного элемента 22, помещенного выше циркуляционных отверстий 20.

Корпус 1 выполнен с кольцевым выступом 24, разделяющим кольцевую полость 3 в средней ее части на верхнюю 25 и нижнюю 26 камеры. Кольцевой выступ 24 выполнен с радиальными каналами 27, перекрытыми обратными клапанами 28, под которые основная подвижная втулка 14 выполнена с ответными радиальными каналами 29 и установлена с возможностью их совмещения.

Хвостовик 7 золотника 6 по всей длине выполнен с продольными пазами 30 и прорезями 31, в которых установлены ограничители 32 верхнего перемещения золотника, фиксатор 8 которого помещен между его хвостовиком и корпусом. Перепускная камера 11 над золотником 6 заполнена консистентной смазкой.

Подвижная втулка 14 зафиксирована на корпусе с помощью срезных штифтов 33 Кольцевой поршень зафиксирован на кожухе штифтами 34. Цементирование верхней

ступени осуществляется с помощью пробки 35. Устройство устанавливается и спускается в скважину на колонне обсадных труб (не показано).

Устройство работает следующим обра0 зом.

Цементирование скважины от ее забоя и до глубины установки устройства (первой ступени) производят через башмак обсадной колонны обычным способом с использо5 ванием или без использования нижней цементировочной пробки (не показано) При этом наличие консистентной смазки в верхней камере устройства препятствует образованию над золотником осадка из твердых

0 частиц, содержащихся в скважинной жидкости (буровом растворе).

Для приведения уплотнительного элемента пакера в действие(фиг 2) в обсадную колонну сбрасывают запорный элемент в

5 виде цементировочной пробки 15. которая, двигаясь по обсадной колонне под действием собственного веса или с потоком закачиваемой в скважину жидкости, садится на седло подвижной втулки 14, перекрывая

0 внутренний канал устройства. После этого в обсадной колонне над пробкой создают заданное избыточное давление, при котором происходит срез штифтов 33 и перемещение подвижной втулки 14 вниз до упора и

5 совмещение ее радиальных каналов 29 с радиальными каналами 27. При этом избыточное давление из обсадной колонны через радиальные каналы 29 и 27 и обратные клапаны передается в заполненные жидкостью

0 верхние и нижние камеры 25 и 26. Под действием осевого усилия от избыточного дав- ления происходит срез штифтов 34, кольцевой поршень 12 перемещается вниз, расширяя уплотнительный элемент 3 паке5 ра до герметичного прижатия к стенкам скважины, и закрепляется в этом положении фиксатором. При дальнейшем повыше-, нии избыточного давления над цементировочной пробкой происходит срез

0 винтов 8, перемещение золотника 6 вверх до упора в винты 32 и совмещения его радиальных каналов с цементировочными отвер- стиями 4 и 5. корпуса и кожуха и закрепление в этом положении фиксатором

5 с одновременным вытеснением консистентной смазки из перепускной камеры 11 через радиальные каналы 10 кожуха в затрубное пространство скважины. При этом наличие в устройстве заполненных жидкостью камеры под золотником 6 и верхией камеры над ним с радиальными каналами 10, а в золотнике - продольных пазов 30 для перетока жидкости из верхней камеры 25 в кольцевую камеру между верхним торцом кольцевого выступа и золотником 6 и прорезей с установленными в них винтами 32,обеспечивает плавный сдвиг золотника 6 и надежное открытие цементировочных отверстий устройства после пакеровки за- трубного пространства скважины без резкого снижения избыточного давления в обсадной колонне. Наличие обратных клапанов обеспечивает сохранение избыточного давления жидкости в верхней и нижней камерах и надежную фиксацию кольцевого поршня 12 и золотника 6 при пакеровке затрубного пространства скважины и в процессе цементирования ее выше устройства.

Через радиальные каналы золотника 6 и цементировочного отверстия 4 корпуса и кожуха 2 (фиг.2) производится промывка и цементирование скважины выше устройства (второй ступени) прямым или обратным способом.

При цементировании скважины выше устройства прямым способом, после закэ чивания второй порции ымпонажного раствора в обсадную колонну пускают верхнюю цементировочную пробку Путем закачивания в обсадную колонну на пробку продавочной жидкости производят продав- ливание тампонажного раствора в затруб ное пространство скважины выше устройства через радиальные каналы и цементировочные отверстия. Двигаясь по обсадной колонне, пробка 35 (фиг.2) садится на дополнительную подвижную втулку 16 устройства, что контролируется резким повышением давления цементирования и прекращением циркуляции жидкости из скважины. При создании над пробкой 35 расчетного избыточного давления ее штифты срезаются и дополнительная подвижная втулка 16 перемещается вниз до герметичного перекрытия цементировочных отверстий 4. При дальнейшем увеличении избыточного давления над пробкой происходит повышение давления под ней. срез стопорных винтов 32 и дальнейшее перемещение уплотнительнои подвижной втулки 16 вместе с пробкой 35 вниз с одновременным вытеснением части объема жидкости через радиальные каналы 29 и 27 в камеру под золотником 6. При этом золотник перемещается в крайнее верхнее положение с одновременным вытеснением консистентной смазки из перепускной камеры 11 через радиальные каналы 10 в затрубное пространство скважины и закрепляется в этом положении фиксатором. При дальнейшем

повышении избыточного давления над пробкой 35 цементировочной пробкой 15 до расчетной величины, происходит срез стопорных штифтов 33 и подвижная втулка 14 вместе с цементировочной пробкой 15 перемещаются вниз до упора При этом подвижная втулка герметично перекрывает радиальные каналы корпуса и фиксируется Для цементирования скважины выше

устройства обратным способом, при ее промывке в обсадную колонну пускают специальную цементировочную пробку с осевым каналом 19 и циркуляционными отверстиями 20. запорным клапаном в виде шара 22 и

фиксатором 18 (фиг,4). Двигаясь по обсадной колонне, пробка садится на дополнительную подвижную втулку 16 и закрепляется в этом положении фиксатором 18, взаимодействующим с кольцевой канавкой 17. Моментпосадки пробки на дополнительную подвижную втулку 16 устройства контролируется резким повышением давления промывки и прекращением циркуляции жидкости из скважины. После этого в затрубное пространство скважины закачивают вторую порцию гампонажного раствора и продавочную жидкость из расчета обеспечения заданной высоты цемента за обсадной колонной выше глубины установки

устройства. При этом вытеснение жидкости из затрубного пространства скважины во внутреннюю полость обсадной колонны и по ней на поверхности происходит через радиальные каналы и цементировочные отверстия 4 и 5 устройства и циркуляционные отверстия 20 пробки при крайнем верхнем положении шара 22 После закачивания в затрубное пространство расчетных обьемов тампонажного раствора и продавочной

жидкости производится закрытие цементировочных отверстий и радиальных каналов устройства Для этого прекращают закачивание жидкости в затрубное пространство СКВРЖИНЫ и производят ее закачивание в

обсадную колонну и перекрытие осевого канала 19 шаром 22. Повышением избыточного давления в обсадной колонне над пробкой до расчетных величин производится последовательный срез штифтов и стопорныхвинтов.перемещение

дополнительной подвижной втулки 16. золотника и основной подвижной втулки 14 до герметичного перекрытия цементировочных отверстий и радиальных каналов устройства.

Герметичность перекрытия цементировочных отверстий и радиальных каналов устройства и надежность закрепления золотника и нижней втулки фиксаторами

проверяется снижением избыточного давления в обсадной колонне до нуля

После затвердения цемента производится разбуривание элементов устройства, а также цементного стакана между ними

Формула изобретения

Устройство для ступенчатого цементирования скважин, включающее полый корпус и кожух, образующие между собой кольцевую полость и выполненные с цементировочными отверстиями, золотник с хвостовиком, фиксатором и радиальными каналами, помещенный в верней части кольцевой полости и образующий с корпусом и кожухом перепускную камеру, кольцевой поршень с фиксаторами, помещенный в нижней части кольцевой полости, уплотни- тельный элемент пакера. размещенный под кольцевым поршнем, основную подвижную втулку с седлом, помещенную внутри корпуса, и цементировочную пробку, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности работы устройства и возможности расширения его функциональных возможностей за счет возможности применения прямого и обратного способов

цементирования оно снабжено дополнительной подвижной втулкой установленной над цементировочными отверстиями корпуса и выполненной с элементом захвата цементировочной пробки выполненной с осевым каналом циркуляционными отвео стиями, посадочным седлом в нижней части осевого канала запорным элементом помещенным на посадочном седле и ограничителем верхнего перемещения запорного элемента, помещенного выше циркуляционных отверстий, корпус снаружи выполнен с кольцевым выступом разделяющим кольцевую полость в средней ее части на верхнюю

и нижнюю камеры, который имеет радиальные каналы, перекрытые обратными клапанами и под которые основная подвижная втулка выполнена с ответными радиальными каналами и установлена с возможно

стью их совмещения а хво говик золотника по всей длине выполнен с продольными пазами и прорезями, в которых установлены ограничители верхнего перемещения золотника Фиксатор которого по

мещен между его хвостовиком и корпусом при этом перепускная камера заполнена консистентной смазкой

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин. Цель - повышение надежности работы устр-ва и возможности расширения его функциональных возможностей за счет возможности применения прямого и обратного способов цементирования. Для этого над цементировочным отверстием 4 корпуса установлена дополнительная подвижная втулка 16. Последняя выполнена с элементом захвата цементировочной пробки. Она выполнена с осевым каналом 19, циркуляционными отверстиями 20, посадочным седлом 21 в нижней части осевого канала, запорным элементом 22 помещенным на посадочном седле, и ограничителем верхнего перемещения запорного элемента, помещенного выше циркуляционных отверстий. Корпус снаружи выполнен с кольцевым выступом, разделяющим кольцевую полость 3 в средней ее части на верхнюю и нижнюю камеры. Выступ выполнен с радиальными каналами, перекрытыми клапанами, под которые основная подвижная втулка 14 выполнена с ответными радиальными каналами и установлена с возможностью их совмещения. Устр-во имеет хвостовик золотника 6. который по всей длине выполнен с продольными пазами и прорезями В последних установлены ограничители верхнего перемещения золотника, фиксатор которого помещен между его хвостовиком и корпусом. Над золотником 6 перепускная камера заполнена консистентной смазкой Цементирование верней ступени осуществляют с помощью пробки. 2 ил. W ё о СП Ю СП Ј Фиг. ч

7632- Ж

шт

и

ш

/

/4

/

)v.