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

Изобретение относится к горной и нефтегазодобывающей промышленности, в частности к устройствам для цементирования скважин, и может быть использовано при бурении и цементировании скважин для очистки каверн от шлама и последующей их изоляции.

Известно устройство для цементирования скважин, содержащее корпус с наружным и внутренними патрубками и радиальными отверстиями в них и эластичные рукава, размещенные в кольцевом пространстве между патрубками, при этом каждый из эластичных рукавов с одной стороны соединен с подвижной втулкой, служащей для перекрытия радиальных отверстий наружного патрубка, а с другой стороны жестко прикреплен к внутреннему патрубку ниже радиальных отверстий в нем. Цементный раствор из обсадной колонны через радиальные отверстия во внутреннем патрубке поступает в рукав, раздувает его, вытесняя промывочную жидкость из каверны вверх. При полном заполнении рукава цементным раствором открываются радиальные отверстия в наружном патрубке, после чего цементный раствор из обсадной колонны через радиальные отверстия обоих патрубков поступает в затрубное пространство.

Недостатком известного устройства является низкая эффективность работы, так как в процессе цементирования не обеспечивается полное заполнение всего объема каверны тампонажным материалом. Это объясняется тем, что наличие в устройстве упругого элемента - эластичного рукава - между тэмпонажным материалом и стенками скважины не позволяет получить плотный контакт между ними, особенно, когда поверхность каверн имеет резкие выступы, при работе с этим устройством требуется

высокая точность в определении местоположения каверны и точность установки в ней устройства для цементирования, а также точность в расчете объема, образуемого эластичным рукавом для заполнения его цементным раствором, данное устройство для цементирования применимо только на законченных бурением скважинах, так как такая конструкция не позволяет использовать его в процессе бурения. При его использовании не достигается очистка ствола скважины и каверн от шлама и глинистой корки. Известное устройство предназначено только для одноразового использования.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для цементирования скважин, включающее полый цилиндрический корпус, закрепленную в нем посредством срезных элементов подвижную втулку с седлом под шар, гибкие

шланги, гидравлически соединенные с внутренней полостью корпуса, и фиксаторы гибких шлангов.

Однако известное устройство неэффективно в работе, так как такая конструкция

устройства для цементирования скважин делает невозможным очистку каверн любого профиля от шлама и глинистой корки, а также не обеспечивает последующее полное заполнение всего объема каверны тампонажным материалом. Это объясняется тем, что гибкие шланги в рабочем состоянии жестко зафиксированы до упора в стенку

скважины, в результате чего угол раскрытия

гибких шлангов будет небольшим (меньше 90°). Такое положение гибких шлангов не позволяет вытеснить при промывке во всем объеме из каверны промывочный глинистый раствор и не обеспечивает полное заполнение каверны тампонажным материалом.

Кроме того, такое положение гибких шлангов в рабочем состоянии не позволяет производить перемещение устройства вниз как внутри каверны, так и по стволу скважины для изоляции нижележащих каверн, что также снижает эффективность работы известного устройства. К тому же, известное устройство одноразового использования, так как без подъема из скважины на поверхность оно не переводится в транспортное положение.

Цель изобретения - повышение эффективности работы устройства путем обеспечения возможности очистки всей поверхности каверны любого профиля и последующего полного заполнения всего ее объема тампонажным материалом за счет придатия выходным концам гибких шлангов положения больше величины прямого угла по отношению к продольной оси корпуса со стороны раскрытия гибких шлангов и обеспечения при этом многократного продольного перемещения устройства с гибкими шлангами в их рабочем положении как вверх, так и вниз ствола скважины с обеспечением при этом возможности вращения устройства вокруг его продольной оси, а также обеспечения возможности перевода устройства в исходное транспортное положение при подъеме его на поверхность после изоляции каверны или при спуске для изоляции нижележащих каверн без подъема на поверхность.

Поставленная цель достигается те.1/,, что устройство для цементирования скважин, включающее полый цилиндрический корпус, закрепленную в нем посредством срезных элементов подвижную втулку с седлом под шар, гибкие шланги, гидравлически соединенные с внутренней полостью корпуса, и фиксаторы гибких шлангов, снабжено направляющей втулкой с продольными пазами на наружной поверхности, направляющим стаканом, кожухом с продольными пазами, гибкими тягами и трубой, при этом направляющий стакан установлен в нижней части корпуса, труба размещена под подвижной втулкой и жестко соединена с последней, а направляющая втулка установлена в нижней части трубы на ее наружной поверхности, причем верхняя часть направляющей втулки выполнена в виде усеченного конуса с направляющими, например, в виде желобов, в которых размещены выходные концы

гибких шлангов, и жестко соединена с помощью кожуха с направляющим стаканом, причем подвижная втулка подпружинена относительно корпуса, гибкие тяги одним концом соединены с выходными концами

гибких шлангов, а другим концом с кожухом, а подвижная втулка выполнена с каналами, обеспечивающими гидравлическую связь гибких шлангов с внутренней полостью корпуса. При этом гибкие тяги выполнены из

0 стальных тросов.

Такое конструктивное выполнение уст- ройс. ьа длл цеме -лгирования скважин обес- печиЕаеточистку всей поверхности каверны любого профиля и последующее полное за5 полнение всего объема каверны тампонажным материалом за счет придания выходным концам гибких шлангов положения больше величины прямого угла по отношению к продольной оси корпуса со

0 стороны раскрытия гибких шлангов, при этом обеспечивается многократное его перемещение с гибкими шлангами в рабочем положении как вверх, так и вниз ствола скважины, обеспечивая при этом возмож5 ность вращения вокруг продольной оси, а также обеспечивая возможность перевода в исходное транспортное положение при подъеме на поверхность после изоляции каверны или при спуске для изоляции нижеле0 жащих каверн без подъема на поверхность. Благодаря тому, что к подвижной втулке ниже седла под шар жестко закреплена труба, на нижнем конце которой снаружи установлена направляющая втулка с открытыми

5 продольными пазами на наружной поверхности, а также благодаря тому, что в нижней части полого цилиндрического корпуса установлен направляющий стакан, который жестко соединен с направляющей втулкой

0 кожухом, причем на трубе между подвижкой втулкой и направляющим стаканом раз- мэщена пружина, обеспечивается в процессе работы сжатие пружины и, как следствие, продольное перемещение по5 движной втулки вниз, в результате чего выходные концы гибких шлангов выводятся из корпуса, приводя устройство в рабочее состояние. При этом жесткость и размеры пружины обеспечивают необходимую величину

0 выхода шлангов из корпуса в зависимости от размера каверны. При снятии нагрузки с пружины обеспечивается перевод устройства в исходное транспортное положение для подъема его на поверхность после изоляции каверны либо при спуске для изоляции ни5 жележащих каверн.

Благодаря тому, что верхняя часть направляющей втулки выполнена в виде усеченного конуса с направляющими,

например, в виде желобов, в которых размещены выходные концы гибких шлангов, а на наружной поверхности втулки выполнены открытые продольные пазы, обеспечивается после сжатия пружины гарантированное придание выходным концам гибких шлангов рабочего положения.

Благодаря тому, что фиксаторы гибких шлангов - гибкие тяги выполнены в виде стальных тросов, обеспечиваются эксплуа- тационная надежность устройства и придание в рабочем положении выходным концам гибких шлангов положения больше величины прямого угла по отношению к продольной оси корпуса со стороны раскрытия гибких шлангов, что обеспечивает возможность вращения устройства в рабочем состоянии вокруг продольной оси (так как такие фиксаторы обладают гибкостью), а также обеспечивается возможность много- кратного продольного перемещения устройства с гибкими шлангами в рабочем состоянии как вверх, так и вниз ствола скважины, чем обеспечиваются очистка всей поверхности каверны любого профиля и последующее полное заполнение через гибкие шланги всего объема каверны тампо- нажным материалом,

Такое конструктивное выполнение устройства позволяет проводить изоляцию выше- и нижележащих каверн без подъема устройства на поверхность.

На фиг. 1 изображено устройство для цементирования скважин в транспортном положении, продольный разрез; на фиг. 2сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - сечение Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - сечение В-В на фиг. 1; на фиг. 5 - устройство в рабочем состоянии, общий вид.

Устройство для цементирования сква- жин содержит полый цилиндрический корпус 1, закрепленную в нем посредством срезных элементов 2 подвижную втулку 3 с седлом 4 под шар 5, трубу б, размещенную под подвижной втулкой 3 и жестко соеди- ненную с ней, направляющую втулку 7 с продольными пазами 8, установленную в нижней части трубы 6 на ее наружной поверхности, направляющий стакан 9, установленный в нижней части корпуса 1, при этом направляющая втулка 7 и направляющий стакан 9 жестко соединены между собой кожухом 10 с продольными пазами 11 (фиг. 3), гибкие шланги 12, гидравлически соединенные с внутренней полостью 13 корпуса 1 каналами 14, выполненными в теле подвижной втулки 3. Верхняя часть направляющей втулки 7 выполнена в виде усеченного конуса с направляющими 15, выполненными, например, в виде желобов

(фиг, 4), в которых размещены выходные концы гибких шлангов 12, Подвижная втулка 3 подпружинена относительно корпуса 1 пружиной 16, размещенной на трубе 6 между подвижной втулкой 3 и направляющим стаканом 9. Фиксаторы гибких шлангов 12 - гибкие тяги 17 выполнены из стальных тросов. Гибкие тяги 17 одним концом соединены с выходными концами гибких шлангов 12, а другим концом - с кожухом 10. Натяг пружины 16 регулируется гайкой 18.

Перед транспортировкой устройства с поверхности в скважину в зону каверны гибкие шланги 12 обычно обвязывают с трубой 6 поливинилхлоридной липкой лентой 19 в виде кольца из 2 -3 витков, которое рвется при выдвижении гибких шлангов 12 в за- трубное пространство через пазы 11 кожуха 10,

Устройство для цементирования скважин работает следующим образом.

После прохождения стволом скважины интервала осыпей и обвалов проведением кавернометрии определяют местоположение и размеры каверн. После этого на бурильных трубах в скважину спускают устройство на 2-3 м ниже каверны и через трубу 6 и открытые продольные пазы 8 втулки 7 осуществляют промывку ствола скважины в течение 3-5 циклов,

Затем ведут промывку самой каверны. Для этого в трубы бросают шар 5 (фиг. 5), который садится на седло 4 втулки 3 и перекрывает трубу 6 устройства. При промывке в бурильных трубах возрастает давление, под действием которого срезаются срезные элементы 2 втулки 3. Втулка 3 начинает перемещаться вниз, тем самым сжимая пружину 16, натяг которой предварительно создан гайкой 18.Перемещаясь вниз, втулка 3 выталкивает из корпуса 1 гибкие шланги 12, выполненные концы которых по направляющим желобам 15 выходят из корпуса 1 в пазы 11 кожуха 10. При этом выходные концы гибких шлангов 12 могут занимать положение больше величины прямого угла «со стороны раскрытия шлангов 12, так как выходные концы гибких шлангов зафиксированы гибкими тягами 17, выполненными из стальных тросов. Предварительный натяг пружины дает возможность регулировать длину выхода гибких штангов 12 в зависимости от размера каверны. Величина длины выхода шлангов 12 является расчетной величиной и зависит от диаметра каверн, подлежащих изоляции. После раскрытия гибких шлангов 12 устройство готово к работе.

При промывке каверны происходит очистка ее от шлама и глинистой корки. Происходит это за счет промывки с одновременным

подъемом устройства с расчетной скоростью и при необходимости - с вращением устройства вокруг его продольной оси. После прохождения устройством интервала каверны и при подъеме его на 3-5 м выше каверны прекращают промывку скважины. В результате прекращения промывки давление в трубах снижается, и пружина 16 разжимается, в результате чего подвижная втулка 3 возвращается в исходное положение, т.е. поднимается. При передвижении втулки 3 она тянет за собой гибкие шланги 12. При возвращении в верхнее положение подвижной втулки 3 шланги 12 входят в корпус 1 через продольные пазы 11 кожуха 10. Тем самым устройство самопроизвольно возвращается в транспортное положение.

Для изоляции каверны устройство снова опускают на 2-3 м ниже каверны. Возобновляют промывку скважины, устройство принимает рабочее положение (под действием избыточного давления, выходят в рабочее положение гибкие шланги). В бурильные трубы закачивают расчетный объем тампонажного материала и начинают его продавку. В тот момент, когда граница раздела тампонажного материала и прода- вочной жидкости еще не дойдет на 3-5 м до кровли изолируемой каверны, начинают подъем устройства с расчетной скоростью, в результате весь объем каверны заполняется тампонажным материалом.

Можно без подъема устройства на поверхность переходить на изоляцию выше- или нижележащих каверн, повторив соответствующие операции.

Тампонирование нижележащих каверн возможно втом случае, когда предшествую0

5

0

5

0

5

щая каверна изолировалась нетвердеющим составом.

Формула изобретения

1.Устройство для цементирования скважин , включающее полый цилиндрический корпус, закрепленную в нем посредством срезных элементов подвижную втулку с седлом под шар,гибкие шланги,гидравлически соединенные с внутренней полостью корпуса и фиксаторы гибких шлангов, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности работы, оно снабжено направляющей втулкой с продольными пазами, направляющим стаканом, кожухом с продольными пазами, гибкими тягами и трубой, при этом направляющий стакан установлен в нижней части корпуса, труба размещена под подвижной втулкой и жестко соединена с последней, а направляющая втулка установлена в нижней части трубы на ее наружной поверхности, причем верхняя часть направляющей втулки выполнена в виде усеченного конуса с направляющими, в виде желобов, в которых размещены выходные концы гибких шлангов, и жестко соединена кожухом с направляющим стаканом, при этом подвижная втулка подпружинена относительно корпуса, гибкие тяги одним концом соединены с выходными концами гибких шлангов, а другим концом - с кожухом, а подвижная втулка выполнена с каналами,гидравлически связывающими полость гибких шлангов с внутренней полостью корпуса.

2,Устройство по п. 1,отличающее- с я тем, что гибкие тяги выполнены из стальных тросов.

8

Фиг.4

Изобретение относится к области горной промышленности и используется при цементировании скважин. Цель - повышение эффективности работы устройства. Устройство имеет корпус 1 (К 1), внутри которого посредством срезных элементов 2 закреплена подвижная втулка 3 (ПВ 3) с седлом 4 под шар. Под ПВ 3 размещена труба 6 (Т 6), жестко соединенная с ПВ 3. В нижней части Т 6 на ее наружной поверхности установлена направляющая втулка 7 с продоль