Устройство для ступенчатого цементирования скважин Советский патент 1992 года по МПК E21B33/14 

наружная проточка 9. Разделительный элемент выполнен в виде пробки из высокоэластичного материала, например, поролона. На первой ступени цементирования при прохождении через К 1 продавочная пробка разрушает полый штифт 12, освобождая при этом от фиксации дифференциальный золотник 11. После окончания цементирования первой ступени золотник 11 с толкателем 14 перемещается вниз. При этом пружинные лапы толкателя 14 перемещаются в проточку 10 В 7. При повышении добавления внутри обсадной колонны золотник 11 перемещается в верхнее положение и сдвигает В 7 до совмещения отверстий в В 7 и К 1. В этом положении проводится промывка и закачка расчетного объема тампо- нажного раствора, вслед за которым пускают высокоэластичную пробку. Пробка перекрывает отверстия 8, а на поверхности фиксируется сигнал о завершении цементирования второй ступени. 1 з.п.ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к горной промети и используется при ступенчатом цементировании скважины. Цель - повышение эксплуатационной технологичности и надежности работы устройства. Устройство содержит полый корпус (К) 1 с боковыми уравнительными каналами 2 и циркуляционными отверстиями 3. Боковые уравнительные каналы 2 гидравлически соединяют внешнее пространство с дифференциальным золотником 11, зафиксированным а К 1 посредством полого штифта 12. Внутри К 1 против циркуляционных отверстий 3 установлена с возможностью осевого перемещения втулка (В) 7 с радиальными каналами в виде продольных щелей 8. На К 1 выполнен верхний 15 и нижний 16 упоры, между которыми размещен шаговый толкатель 14. На наружной поверхности К 1 размещен обратный клапан, включающий эластичный рукав 4 с заслонкой 5, закрепленной на К 1 бандажом 6. На В 7 выполнена кольцевая Ё s Ч| 00 VI

Изобретение относится к области строительства скважин, а именно к устройствам для ступенчатого цементирования.

Известно устройство для ступенчатого цементирования, включающее корпус с цементировочными отверстиями, нижнюю и верхнюю втулки, установленные в корпусе на срезных штифтах, и посадочные седла. Устройство имеет недостаточную эксплуатационную технологичность и надежность в работе, так как разрыв во времени между первой и второй ступенями цементирования, вызванный необходимостью пуска шара для открытия циркуляционных отверстий муфты создает аварийную ситуацию, вызванную схватыванием в затрубном пространстве тампонажного раствора, поднятого выше муфты при цементировании первой ступени, и при разбуривании шара, пробок, седел и цементного стакана между ними возможны случаи разгерметизации устройства.

Известно устройство для ступенчатого цементирования скважин, включающее корпус с осевым каналом и боковыми отверстиями, сообщающими наружное пространство с дифференциальным золотником, зафиксированным в корпусе срезным элементом и циркуляционным, разобщенными от осевого канала, с возможностью сообщения с ним через каналы втулки.Недостатками этого устройства являются возможность преждевременного срабатывания при непредвиденных повышениях давления в процессе цементирования скважины и необходимость приготовления и закачива- ния а обсадную колонну вслед за расчетным объемом тампонажного раствора специальной порции вязкоулругого состава, в объем которого вводят запорные шарики.

Целью предлагаемого изобретения является повышение эксплуатационной технологичности и надежности устройства.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве, включающем корпус с осевым

каналом и боковыми отверстиями-уравнителями, сообщающими наружное пространство с дифференциальным золотником, зафиксированным в корпусе срезным элементом, и циркуляционными, разобщенными от осевого канала с возможностью сообщения с ним через каналы установленной последовательно с золотником втулки, каналы втулки включают сектор щелевых

боковых отверстий, перекрываемых в осевом канале высокоэластичной, например, поролоновой, разделительной пробкой, с возможностью их сообщения с циркуляционными отверстиями корпуса,

снабженными обратным клапаном, а дифференциальный золотник соединен с втулкой шаговым толкателем и установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения между двумя упорами, выполненными в корпусе.

Наличие в канале втулки сектора щелевых боковых отверстий, перекрываемых в осевом канале высокоэластичной (например, поролоновой) разделительной

пробкой исключает необходимость приготовления и закачиеания в колонну в процессе ее цементирования специальной порции вязкоупругого состава с запорными шариками и, таким образом, исключаются дополнительные операции при проведении процесса цементирования, т.е. повышается эксплуатационная технологичность процесса. Снабжение циркуляционных отверстий корпуса обратным

клапаном исключает поступление тампонажного раствора из эатрубного пространства после окончания процесса цементирования и обеспечивает возвратное перемещение дифференциального золотника после снятия давления в цементировочной головке. Подвижное соединение дифференциального золотника посредством шагового толкателя с втулкой и его возвратно-поступательное перемещение обеспечивает последовательное совмещение сектора щелевых боковых отверстий втулки с циркуляционными отверстиями корпуса для проведения процесса цементирования и надежную герметизацию этих отверстий после окончания процесса цементирования.

На фиг. 1 изображено устройство, транспортное положение; на фиг. 2 - то же, после окончания цементирования первой ступени и сброса давления в цементировочной головке; на фиг. 3 - то же, в процессе цементирования второй ступени; на фиг. 4 - то же, в момент окончания цементирования второй ступени и сброса давления в цементировочной головке; на фиг. 5 - то же, в момент герметичного перекрытия циркуляционных отверстий корпуса.

Устройство ступенчатого цементирования скважин состоит из полого корпуса 1 с уравнительными 2 и циркуляционными 3 отверстиями, перекрытыми обратным клапаном, включающим эластичный рукав 4 с заслонкой 5, закрепленный на корпусе бандажом 6, втулки 7, включающей сектор щелевых боковых отверстий 8, кольцевую канавку 9 и внутренние кольцевые проточки 10, дифференциального золотника 11, закрепленного на корпусе посредством срезаемого полого штифта 12 и шариков 13, шагового толкателя 14, размещенного в канавке дифференциального золотника, упоров 15 и 16, выполненных в корпуседля ограничения перемещения дифференциального золотника. Необходимую герметичность устройства обеспечивают уплотнительные кольца 17. При необходимости втулка 7 может быть снабжена упорным пружинным элементом для исключения ее обратного хода, а также зафиксирована в корпусе срезным элементом (не показано).

Устройство работает следующим образом.

На первой ступени цементирования при прохождении по обсадной колонне и осевому каналу полого корпуса 1 цементировочной пробки (не показана) последняя разрушает срезной полый штифт 12. освобождая при этом от фиксации дифференциальный золотник 11, После окончания процесса цементирования первой ступени, посадки цементировочной пробки на стоп- кольцо и сброса давления в цементировочной головке дифференциальный золотник 11с шаговым толкателем 14 под действием давления, передаваемого через радиальное отверстие 2, перемещается вниз при этом пружинные лапы шагового толкателя 14 помещаются в нижнюю кольцевую проточку 10 верхней втулки 7. Необходимым условием перемещения дифференциального золотника 11 вниз является превышение зако- лонным давлением внутриколонного. Данное превышение обеспечивается подъемом тампонажного раствора (большей плотности, чем продавочная жидкость) выше установки устройства на 50-100 м или созданием необходимого перепада давления в затрубном пространстве через устье0 вой превентор.

При повышении давления в обсадной колонне дифференциальный золотник 11, перемещаясь в верхнее положение, посредством шагового толкателя 14 сдвигает верх5 нюю втулку 7 до совмещения сектора щелевых боковых отверстий 8 с циркуляционными отверстиями 3 корпуса 1. При совмещении отверстий открывается обратный клапан, проводится промывка и цементиро0 вание второй ступени. После закачки расчетного объема тампонажного раствора второй ступени в колонну пускают высокоэластичную, например, поролоновую пробку 18, которая, перемещаясь в процессе

5 продавливания тампонажного раствора второй ступени, достигает интервал установки устройства и под действием потока закупоривает сектор щелевых боковых отверстий 8, вызывая тем самым увеличение

0 давления в обсадной колонне.

Повышение давления в обсадной колонне при закачке расчетного объема тампонажного раствора и продавочной жидкости свидетельствует об окончании процесса

5 цементирования второй ступени. При получении данного сигнала закачивают цементирование скважины. После снятия давления в цементировочной головке закрывается обратный клапан, и дифференци0 альный золотник 11 с шаговым толкателем 14 под действием давления, передаваемого через радиальные отверстия 2, перемещается вниз, выводя пружинные лапы толкателя 14 из взаимодействия с кольцевой проточ5 кой 10 верхней втулки 7. При дальнейшем повышении давления в обсадной колонне дифференциальный золотник 11, перемещаясь в верхнее положение, посредством шагового толкателя 14 сдвигает верхнюю

0 втулку 7, которая герметизирует циркуляционные отверстия 3 корпуса 1. После этого производят промывку или проработку проходного канала колонны в интервале установки устройства.

5Предлагаемое устройство защищено от преждевременного срабатывания при любых повышениях давления в обсадной колонне и снабжено щелевым секторным седлом для высокоэластичной разделительной пробки, перемещающейся в обсадной

колонне на второй ступени цементирования. Исключена необходимость приготовления и закачивания в обсадную колонну специальной порции вязкоупругого состава с предварительно введенными в нее запор- ными шариками, что повышает экономический эффект.

Формула изобретения 1. Устройство для ступенчатого цемен- тирования скважин, включающее полый корпус с циркуляционными отверстиями и боковыми уравнительными каналами, соединяющими внешнее пространство с дифференциальным золотником, зафикси- рованным в корпусе срезным элементом, втулку с радиальными каналами, установленную внутри корпуса с возможностью осевого перемещения против циркуляционных отверстий, и разделительный элемент,

Фиг .2

отличающееся тем, что, с целью повышения эксплуатационной технологичности и надежности в работе, оно снабжено шаговым толкателем, установленным с возможность возвратно-поступательного перемещения и взаимодействия с дифференциальным золотником и втулкой, и обратным клапаном, размещенным на наружной поверхности корпуса в циркуляционных отверстиях, при этом корпус выполнен с верхним и нижним упорами, между которыми размещен шаговый толкатель, радиальные каналы втулки - в виде продольных щелей, а втулка выполнена с кольцевой наружной проточкой на высоту продольных щелей, причем разделительный элемент выполнен в виде пробки из высокоэластичного материала.

Фиг if

Риг.З

Редактор И. Ванюшкина Техред М.Моргентал

Заказ 247Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Фиг.5

Корректор Н, Ревская