Муфта для ступенчатого цементирования обсадных колонн Советский патент 1992 года по МПК E21B33/14 

Изобретение относится к горной промышленности, а точнее к нефтегазодобывающей, и может использоваться при ступенчатом цементировании обсадных колонн.

Цель изобретения - повышение надежности работы путем исключения преждевременного ее закрытия.

На фиг. 1 представлена муфта в исходном положении; на фиг. 2 - узел удержания контейнера в исходном положении; на фиг.

3- верхняя разделительная пробка; на фиг.

4- нижняя разделительная пробка; на фиг.

5- контейнер; на фиг. 6 - момент прохождения нижней разделительной пробки через муфту; на фиг. 7 - муфта в момент закачивания цемента второй ступени; на фиг. 8 - то же, в момент получения сигнала Стоп второй ступени; на фиг. 9 уплотни- тельный узел верхней разделительной пробки в момент получения сигнала на фиг. Ю- муфта в закрытом положении.

Муфта для ступенчатого цементирования обсадных колонн включает полый корпус 1 и подвижную втулку 2 с циркуляционными отверстиями соответственно 3 и 4, замковую втулку 5 со стопором 6, верхнюю разделительную пробку с наконечником 8 в нижней части и уплотнительными манжетами 9 на ее боковой поверхности, нижнюю разделительную пробку 10 с уплотнитель- ными манжетами 11 и наконечником 12. На верхней разделительной пробке 7 на верхнем ее торце размещен уплотнительный элемент 13, герметизирующий зазор между контейнером и подвижной втулкой, а в верхней части нижней разделительный пробки на срезных штифтах 14 закреплены сухари 15. Контейнер 16 в нижней части выполнен с осевым 17 и радиальными 18 каналами. В осевом канале 17 установлен золотник 17с Т-образным циркуляционным каналом 20. Золотник 19 имеет возможность ограниченного осевого перемещения при взаимодействии с наконечником 8 верхней разделительной .пробки 7. Между подвижной втулкой 2 и корпусом 1 установлена золотниковая втулка 21. Узел посадки контейнера 16 выполнен в виде посадочной втулки 22 и сухарей 23 и зафиксирован полыми штифтами 24 относительно корпуса 1 ниже его циркуляционных отверстий и установлен во внутренней полости замковой втулки 5с возможностью осевого перемещения. Золотниковая втулка 21 может фиксироваться относительно корпуса 1 срезными штифтами 25, а подвижная втулка 2 относительно корпуса - с помощью штифтов 26. Корпус имеет верхний 27 и нижний 28 переводники.

Верхний переводник 27 имеет пружинный фиксатор 29, а подвижная втулка 2 - проточку 30 под фиксатор. Подвижная втулка 2 может выполняться с проточкой 31 под сГгопор 6, Кольцевые уплотнения 32 служат для герметизации элементов муфты..

Муфта работает следующим образом. В положении, показанном на фиг. 1, муфта устанавливается в обсадной колонне

0 в заданном интервале. После окончания спуска обсадной колонны производится цементирование первой ступени с использованием нижней разделительной пробки (фиг. 4). В момент прохождения нижней раз5 делительной пробки через муфту происходит следующее (фиг. 1 и 6). Под действием перепада давления манжеты нижней разделительной пробки 10 продавливаются через обсадочную втулку 22 до момента упора су0 харей 1.5 в верхний торец посадочной втулки 22. При дальнейшем росте давления происходит срезка полых штифтов 24, а узел посадки контейнера совместно с нижней разделительной пробкой 10 перемещается

5 вниз до упора в верхний торец нижнего переводника 23, Давление продолжают повышать до момента срезки штифтов 14, фиксирующих сухари 15 на нижней разделительной пробке. После этого нижняя разде0 лйтельная пробка беспрепятственно проходит через посадочную втулку 22 и движется по обсадной колонне вниз. Момент срезки полых штифтов 24 характеризуется появлением гидравлической связи между

5 внутриколонным пространством и торцом золотниковой втулки 21. Гидравлическая связь осуществляется через отверстие полых штифтов 24, зазор А (фиг. 2).

Срезные штифты 25 удерживают золот0 никовую втулку 21 от преждевременного открытия при вытеснении цементного раствора первой ступени в затрубное пространство.

При посадке нижней разделительной

5 пробки 10 на упорное кольцо Стоп, установленное в нижней части обсадной колонны, под действием избыточного давления на золотниковую втулку 21 срезаются штифты 25 и золотниковая втулка 21 перемещается

0 вверх, при этом открываются циркуляционные отверстия 3 и 4 корпуса 1 и подвижной втулки 2, о Чем свидетельствует резкое падение давления в обсадной колонне.

В процессе промывки ствола скважины

5 от излишков цементного раствора первой .. ступени в колонну сбрасывается контейнер, который под действием собственного веса и энергии потока промывочной жидкости движется по обсадной колонне вниз до момента посадки на посадочную втулку 22 (фиг. 7).

При этом перекрывается осевой канал корпуса муфты ниже циркуляционных отверстий 3, а циркуляция промывочной жидкости осуществляется через последние.

После выдержки технологически необ- ходимого интервала времени приступают к закачиванию цементного раствора второй ступени. После закачивания цементного раствора в колонну пускают верхнюю разделительную пробку (закрывающую), пока- занную на фиг. 3, V v

В момент окончания продавливания цементного раствора второй ступени манжеты верхней разделительной пробки заходят в контейнер, а наконечник 8 упирается в зо- лОтник 19, при этом происходит следующее. Продаврчная жидкость устремляется в кольг цевой зазор между подвижной втулкой 2 и контейнером. Под действием гидравяичеу ского напора на внутреннюю поверхность уплотнительного элемента 13 происходит ее разжатие до момента соприкосновения с внутренней поверхностью подвижной втулки 2 (фиг. 9). Осевое усилие от действия, давления на наконечник 8 передается на золотник 19, что приводит к его перемещению, а верхняя разделительная пробка 7 садится своим упорным буртом на верхний торец контейнера. Давление в колонне продолжают повышать до расчетной величины, при которой происходит срезка штифтов 2б, удерживающих подвижную втулку 2. Срезка происходит в результате действия на подвижную втулку 2 неуравновешенной силы давления, направленной вниз. Подвижная втулка 2 перемещается до момента фиксации фиксатора 29 в проточке 30. Этот момент характеризует закрытие циркуляционных отверстий 2 корпуса 1 (фиг. 8). Стопоры 6 выпадают в проточку 31, что приводит к расфиксации замковой (втул- ки 5 относительно корпуса.

Для освобождения осевого канала муфты производят следующие операции. Давление в колонне сбрасывают до атмосферного. При этом уплотнитзльный элемент 3 возвращается в исходное положение и образуется кольцевой канал между контейнером и муфтой, т.е. появляется гид равлическое сообщение в осевом канале муфты, через Т-образный циркуляционный канал 20 золотника.

Давление в колонне начинают повышать с малой производительностью цементировочных агрегатов, при которой не происходит раскрытие уплотнительного элемента 13. Давление в колонне повышают на 5-6 МПа выше давления в конце продавки цементного раствора второй ступени. Это приводит к тому, что неуравновешенная сила давления, действующая на замковую втулку 5 снизу, перемещает ее верх до упора в торец золотниковой втулки 21, при этом происходит раефиксация узла посадки контейнера. Давление в колонне снижают до атмосферного. Посадочная втулка 2, не имея опоры, совместно с контейнером 16 и зашедшей в него верхней разделительной пробкой 7 свободно тонут на забой скважины (фиг. 10).

Формула изобретения Муфта для ступенчатого цементирования обсадных колонн, включающая полый корпус и подвижную втулку с циркуляционными отверстиями, замковую втулку со стопором, верхнюю разделительную пробку с наконечником в нижней части, нижнюю разделительную пробку, контейнер, уплотни- тельный элемент, герметизирующий зазор между контейнером и подвижной втулкой, узел посадки контейнера, выполненный в виде посадочной втулки и сухарей и зафиксированный штифтами относительно корпуса ниже его циркуляционных отверстий, и золотниковую втулку, установленную между подвижной втулкой и корпусом, о т л и ч а ю- щ а я с я тем, что, с целью повышения надежности в работе путем исключения ее преждевременного закрытия, она снабжена золотником с Т-образным циркуляционным каналом, при этом контейнер в нижней части выполнен с осевым и радиальными каналами, уплотнительный элемент размещен на верхнем торце верхней разделительной пробки, узел посадки контейнера установ лен во внутренней полости замковой втулки с возможностью осевого перемещения, а золотник размещен в осевом канале контейнера с возможностью ограниченного осевого перемещения при взаимодействии с наконечником верхней разделительной пробки, причем штифты втулки узла посадки контейнера выполнены полыми.

28

Фил 2,

в

Фиг. 3

п

Изобретение относится к горной промышленности, а точнее к нефтегазодобывающей, и используется при ступенчатом цементировании обсадных колонн. Цель-по- вышение надежности работы муфты путем исключения преждевременного ее закрытия. Муфта включает корпус с размещенной в ней подвижной втулкой (ПВ) в которых выполнены циркуляционные каналы. Между ПВ и корпусом установлены замковая втулка со стопором и золотниковая втулка. Для приве дения частей муфты в рабочее положение используются верхняя разделительная пробка с наконечником .в нижней части и уплотнительными манжетами на ее боковой поверхности, нижняя разделительная пробка с уплотнительными манжетами и наноси нечником, контейнер с осевым ( радиальным каналами. На верхнемг: торце верхней разделительной пробки размещен уплотнительный элемент, герметизирующий пространство между контейнером И ПВ, а в верхней части нижней разделительной пробки на срезных штифтах закреплены сухари. В осевом канале контейнера установлен золотник с Т-образным циркуляционным каналом. Золотник установлен с возможностью ограниченного осевого перемещения при взаимодействии с наконечником верхней разделительной пробки. Узел посадки контейнера выполнен в виде посадочной втулки и сухарей, зафиксирован полыми штифтами относительно корпуса ниже его цйркуляционных отверстий .и установлен вовнутренней полости замковой втулки с возможностью осевого перемещения. Корпус выполнен с верхним и нижним перевод- никами. Верхний переводник имеет пружинный фиксатор, а ПВ- проточку под фиксатор. В ПВ выполнена проточка под стопор. Муфта работает следующим образом. После спуска на заданную глубину первую ступень цементируют с использованием нижней разделительной пробки, которая в момент прохождения через посадочную втулку срезает полые штифты, а узел посадки контейнера перемещается в нижнее положение. После посадки нижней разделительной пробки на кольцо стоп повышают давление, вследствие чего срезают штифты, и золотниковая втулка перемещается вверх, открывая циркуляционные отверстия. В процессе промывки скважины в обсадную колонну сбрасывают контейнер, после чего закачивают цементный раствор второй ступени. Кон: теин ер садится на узел посадки, а цементный раствор закачивается в затрубное пространство. После Окончания закачивания цементного раствора пускают верхнюю разделительную пробку, которая входит в контейнер, а уплотнительный элемент герметизирует зазор между Л В и контейнером, Происходит срезка штифтов, ПВ 2 перемещается вниз и фиксируется в нижнем положении.После сбрасывания давления уплотнительный элемент возвращается в исходное положение, а контейнер вместе с.вер- хней разделительной пробкой и посадочной втулкой тонут на забой скважины. 10 ил. сл 1C VI v| Ю W

Фи2..1

Фигч

20

Фаг. 5

29

Фиг. 6

1

19

20

т а

- t-

со

-27

-29 -2f

-2

-32

P7

37 ,2i/