Способ манжетного цементирования обсадной колонны, устройства для его осуществления и нижняя цементировочная пробка Советский патент 1991 года по МПК E21B33/14 

Изобретение относится к горной промышленности, а точнее к креплению скважин, в частности к способам цементирования обсадной колонны и устройствам для их осуществления.

Цель изобретения - повышение эффективности процесса спуска обсадной колонны и повышение надежности

герметизации заколонного пространства.

На фиг.1 изображено устройство в транспортном положении; на фиг.2 - то же, перед пакеровкой заколонного пространства: на фиг.З -то же, по окончании пакеровки заколонного пространства; на фиг.4 - то же, в процессе продавки тампонажного раствора в кольцевое пространство выше устройства; на фиг,5 - то же, в процессе допаке- ровки заколонного пространства; нэ фиг.б - пакер в конечном положении.

Устройство для манжетного цементирования обсадной колонны состоит из корпуса 1 гидравлического пакера с цементировочными отверстиями 2 и нагнетательным каналом 3, снабженным обратным клапаном 4, кольцевой проточки 5 под верхнюю втулку 6 с разрезным пружинным 7 и уплотни- тельными 8 кольцами, зафиксированной срезным элементом, в нижней части кольцевой проточки 5 выполнена кольцеобразная выточка 9. Под разрезное пружинное кольцо 7 на корпусе 1 выполнена проточка 10, а внизу кольцеобразной выточки 9 выполнены радиальные отверстия 11, сообщающие ее с полостью корпуса 1, На корпусе 1 закреплен обжимными стаканами уплотни- тельный элемент 12 с винтовой 13 внутренней и волнообразной 14 наружной поверхностями. Ниже нагнетательного канала 3 срезным элементом 15 зафиксирована разбуриваемая втулка 16с посадочным седлом под нижнюю цементировочную пробку-контей- нер, а с корпусом 1 соединен упорный переводник 17. Устройство содержит также специальную пробку-контейнер и продавоч- ную пробку 18. На стержне 19 пробки-контейнера закреплены манжеты 20 с полусферической уплотняющей поверхностью, разделенные и удерживаемые метал- |лической обоймой 21, Между нижней манжетой 20 и посадочным конусом 22 стержня 19 выполнены выходное и допол- нительное боковые отверстия 23 и 24, сообщающиеся с центральным каналом 25, заполненным расширяющей добавкой там- понажного раствора. Вверху канала расположен поршень 26, высота которого меньше расстояния между боковыми отверстиями 23 и 24, перекрытыми обратным клапаном 27 и диафрагмой 28. Последняя посредством гибкой связи 29 соединена с наружной поверхностью стержня 19. Гидравлический акер располагается между цементируемой 20 и нецементируемой 31 обсадными колоннами.

Устройство для манжетного цементирования обсадной колонны работает следую- щим образом.

В процессе спуска обсадной колонны 30 цементировочные отверстия 2 откр ыты фиг.1). Вытесняемая промывочная жидкость перетекает из пространства ниже ус- тройства в пространство выше устройства как по кольцевому пространству, где против уплотиительного элемента 12 с волнообразной поверхностью 14 турбулизируется, создавая области повышенного давления, при

этом скорость потока сохраняется или снижается, так и по внутриколонному пространству, где часть продолжает движение, а часть перетекает через цементировочные отверстия 2 в заколонное пространство. При незначительном подъеме для освобождения от клиньев ротора или открытия элеватора после поворота очередной трубы промывочная жидкость из кольцевого пространства выше устройства частично перетекает и внутрь колонны. Преждевременное открытие обратного клапана 4 и подсос промывочной жидкости в полость уплотнитель- ного элемента 12 не происходят. Сглаживание пульсаций гидродинамического давления позволяет исключить отрицательное влияние неуправляемой кольматации ниже лежащих продуктивных пластов.

В процессе цементирования перед там- понажным раствором сбрасывают пробку- контейнер, заполненную расширяющей добавкой, а над тампонажным раствором помещают продавочную пррбку 17. Пробка- контейнер, сев на посадочное седло разбуриваемой втулки 16, останавливается (фиг.2). При этом пробкой-контейнером закрывают цементировочные отверстия 2. Вследствие повышения давления поршень 26 продолжает движение вниз, диафрагма 28 выбивается из бокового отверстия 24 и повисает на гибкой связи 29, что предупреждает засорение нагнетательных каналов 3. Осуществляют пакеровку заколонного пространства. Открывается обратный клапан 4 и расширяющей добавкой заполняют камеру уплотнительного элемента 12. Поршень 26 опускается ниже бокового отверстия 24, вытесняя расширяющую добавку через боковое отверстие 23 при открытом клапане 27. Вслед за поршнем 26 через центральный канал 25 и боковые отверстия 24 пробки-контейнера в подпакерное пространство нагнетают тампонажный раствор, поток которого ввиду винтовой 13 внутренней поверхности уплотнительного элемента 12 приобретает круговое вращение, тщательно перемешивается с расширяющей добавкой (фиг.З). После заполнения подпэкерного пространства давление вновь повышается. Срезной элемент 15 освобождает разбуриваемую втулку 16 и последняя вместе с пробкой-контейнером опускается, тем самым открывают цементировочные отверстия 2 и осуществляют прямую продавку тампонажного раствора промывочной жидкостью в эаколонноё пространство выше пакера (фиг.4).

При посадке продавочной пробки 17 на верхнюю втулку 6 давление внутри колонны

повышается, срезаются срезные элементы втулки 6 и ею закрывают цементировочные отверстия 2. Тампонажный раствор, находящийся в кольцеообразной выточке 9 ниже цементировочного отверстия 2, вытесняет- ся через радиальные отверстия 11 внутрь. Если последняя порция тампонажного раствора имеет невысокую степень снижа- емости, давление повышается и под прода- вочной пробкой 18, поэтому открывается обратный клапан 4, тем самым производят допакеровку заколонного пространства (фиг.5). В конечном положении верхняя втулка 6 фиксируется разрезным кольцом 7 в проточке 10 корпуса 1. После этого давле- ние внутри колонны 30 сбрасывают, а скважина оставляется на ожидание затвердения цемента (03Ц).

Технико-экономическая эффективность изобретения заключается в создании благо- приятныхусловий спуска обсадной колонны как для нижележащих продуктивных пластов, так и для работы устройства, поскольку происходит перераспределение потоков промывочной жидкости, сглаживание пульсаций гидродинамического давления, предупреждается преждевременное заполнение подпакерного пространства сква- жинной жидкостью.

Кроме того, повышается надежность герметизации заколонного пространства как нагнетанием в камеру уплотнительного элемента расширяющей добавки с перемешиваемым тампонажным раствором, так и допакеровкой заколонного пространства по окончании продавки тампонажного раствора.

Использование способа и устройств позволяет, предупредив неуправляемую кольматацию, сохранить естественные кол- лекторские свойства продуктивного пласта, исключить гидравлическую связь с вышележащими насыщенными флюидами (возможно с аномально высокими давлениями) пластами, а значит, заколонные перетоки или преждевременное заводнение, что в целом направлено на охрану недр, увеличение дебитов и сроков эксплуатации скважины.

Формула изобретения

1. Способ манжетного цементирования обсадной колонны, включающий спуск колонны, установку гидравлического пакера, пакеровку заколонного пространства, открытие цементировочных отверстий и про- давку тампонажного раствора в заколонное пространство выше пакера, затем закрытие цементировочных отверстий и сброс давления, отличающийся тем, что, с целью

повышения эффективности процесса спуска обсадной колонны и повышения надежности герметизации заколонного пространства, спуск колонн производят с открытыми цементировочными отверстиями, которые перед пакеровкой заколонного пространства закрывают цементировочной пробкой, из и через которую в подпакерное пространство последовательно нагнетают порции расширяющей добавки и тампонажного раствора, после чего продавкой цементировочной пробки цементировочные отверстия открывают, а по окончании продавки производят допакеровку заколонного пространства.

2.Устройство для манжетного цементирования обсадной колонны, включающее полый корпус гидравлического пакера с нагнетательными каналами, цементировочными отверстиями и кольцевой проточкой под верхнюю срезную втулку, нижнюю разбуриваемую втулку, размещенный на корпусе уп- лотнительный элемент, полость которого сообщена нагнетательными камерами с полостью корпуса, переводник и цементировочные пробки, отличающееся тем, что уплотнительный элемент выполнен с винтовой внутренней и волнообразной наружной поверхности, нагнетательные каналы снабжены обратными клапанами, а разбуриваемая втулка расположена ниже нагнетательных каналов, причем кольцевая проточка в нижней части выполнена с кольцеообразной выточкой с радиальными отверстиями, сообщающими последнюю с полостью корпуса, цементировочные отверстия размещены на уровне кольцеобразной выточки, а нижний конец верхней срезной втулки размещен в последней выше цементировочных отверстий.

3.Нижняя цементировочная пробка, включающая стержень с центральным каналом и выходным отверстием, перекрытым диафрагмой, посадочный конус в нижней части стержня, манжеты, разделенные и удерживаемые на стержне обоймой, и поршень, размещенный в верхней части центрального канала стержня, отличающая- с я тем, что выходное отверстие расположено сбоку между нижней манжетой и посадочным конусом, в стержне ниже выходного отверстия выполнено дополнительное боковое отверстие, перекрытое обратным клапаном, причем центральный канал под поршнем заполнен расширяющей добавкой, высота поршня меньше расстояния между боковыми отверстиями, а диафрагма соединена гибкой связью со стержнем.

Ui -

fNS «Si

21

фигЗ

Изобретение относится к горной промети и предназначено для крепления скважин. Цель - повышение эффективности спуска обсадной колонны и повышение надежности герметизации заколонного пространства. Для этого спуск колонны производят с открытыми цементировочными отверстиями. Последние перед пакеров- кой заколонного пространства закрывают цементировочной пробкой, через которую в подпакерное пространство последовательно нагнетают позиции расширяющей добчвки и тампонажного раствора. Затем продав- кой цементировочной пробки цементировочные отверстия открывают. По окончании продавки производя г допакеровку заколонного пространства. В устр-ведля осуществления данного способа уплотнительный элемент выполнен с винтовой внутренней и волнообразной наружной поверхностями. Устр-во имеет корпус с нагнетательными каналами с обратными клапанами. Ниже нагнетательных каналов расположена разбуриваемая втулка. Корпус имеет кольцевую проточку, которая в нижней части выполнена с кольцеобразной выточкой с радиальными отверстиями. Они сообщают кольцеообразную выточку с полостью корпуса. Цементировочные отверстия размещены на уровне кольцеообразной выточки. Нижний конец верхней срезной втулки размещен в последней выше цементировочных отверстий. Данный способ и устр-во позволяют, предупредив неуправляемую коль- матацию, сохранить естественные коллекторские свойства продуктивного пласта, исключить гидравлическую связь с вышележащими насыщенными флюидами, возможно с аномально высокими давлениями, пластами. 3 с.п. ф-лы, 6 ил. (Л 4 VI ю

Фиг 4

Фиг.5

25

Фиг. 6