Цементировочная головка Советский патент 1992 года по МПК E21B33/05 

Изобретение относится к бурению скважин и может быть использовано при цементировании обсадных колонн, спускаемых секциями.

Известна цементировочная головка, содержащая корпус с внутренним уступом в верхней части, патрубок, размещенный кон- центрично в корпусе с образованием кольцевого пространства между ними и имеющий центраторы на его наружной поверхности, помещенную внутри патрубка пробку с опорной шайбой, стопорные узлы патрубка и пробки.

Недостатком данной головки является невозможность размещения разделительных шаровых элементов, большое гидродинамическое сопротивление пробки, что

может привести к срыву ее с рычагов 8, а также невозможность контролирования по манометру выход пробки из головки.

Известна также цементировочная головка, включающая полый цилиндрический корпус, разделительную пробку, установленную с образованием надпробочного и подпробочного пространства, систему каналов, гидравлически соединяющую надпро- бочное и подпробочное пространства, верхний и нижний соединительный элементы.

К недостаткам данной головки можно отнести неудобство промывки каналов и кольцевой выточки от цементного раствора после выхода пробки из штока, а также практическую невозможность спуска станXI

4 Ю N 4

дартных пробок в связи с их большими длинами.

К общему недостатку можно отнести трудность вымывания цементного раствора из каналов и карманов головок при промывке скважины буровым раствором.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному устройству является цементировочная головка, включающая корпус с крышкой, патрубки для подключения нагнетательных линий, фиксаторы для удержания разделительных элементов.

К недостаткам данного устройства можно отнести невозможность вращения обсадной колонны во время цементирования и промывки в связи с боковым подводом цементного раствора, а также невозможность установки второго сбросного шара.

Целью изобретения является расширение технологических возможностей и повы- шениенадежностипроцесса

цементирования скважины.

Это достигается тем, что в предлагаемой конструкции, состоящей из корпуса, фиксаторов для удержания разделительных элементов и продавочной пробки, фиксаторы выполнены в виде двух подпружиненных штоков с цилиндрическим углублением в торце, удерживаемых от перемещения клиновыми элементами, разделительные элементы представлены двумя шарами, расположенными в верхней части корпуса между штоками фиксаторов и центральной перегородкой с отверстием между ними на одной оси, перпендикулярной потоку бурового раствора, под разделительными элементами установлен блокиратор последовательности сброса шаров, состоящий из двух параллельно расположенных ползунов с упорными элементами, кинематически связанный с фиксаторами посредством клиновых элементов, кроме того, продавочная пробка установлена в нижней части корпуса, помещена в аксиально расположенную камеру с шиберным затвором, выполненным с возможностью перекрытия потока бурового раствора, и зафиксирована от перемещения нижней заслонкой, которая гидравлически связана с шиберным затвором и подвешена в камере с возможностью формирования совместно с корпусом направления для выхода пробки из камеры, причем между камерой с шиберным затвором и корпусом выполнена предохранительная решетка с размером ячеек меньше наименьшего диаметра сбросного шара.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство цементировочной головки отличается выполнением фиксаторов, а именно тем, что они выполнены в виде двух подпружиненных штоков с цилиндрическими углублениями в торце, удерживаемых от перемещения клиновыми элементами, отличается конструкцией разделительных элементов и их расположением, отличается наличием блокиратора последовательного сброса шаров и предохранительной решетки, а также кон0 струкцией места расположения продавочной пробки.

На фиг, 1 изображена цементировочная головка в разрезе; на фиг. 2 - головка в момент выхода продавочной пробки; на фиг.

5 3 - головка в момент сброса шара малого диаметра; на фиг. 4 - изображен момент сброса шара большого диаметра; на фиг. 5 - схема установки цементировочной головки на бурильной колонне.

0Цементировочная головка состоит из

верхней части корпуса 1, шаровых разделительных элементов и нижней части корпуса 2 разделительной пробки. В верхней части корпуса 1 расположены два одинаковых

5 фиксирующих устройства, состоящих из гильзы 3, штока 4, пружины 5, клина 6, шплинта 7, амортизатора-грязесъемника 8 Между штоками 4 и перегородкой 9 с отверстием расположены малый 10 и большой 11

0 шары. Пружина 5 находится в сжатом состоянии и поджимает шток 4, который от перемещения фиксируется клином 6 и шплинтом 7. Вытяжка клиньев 6 происходит тягами 12. Ниже фиксирующих устройств располо5 жен блокиратор 13 последовательности сброса шаров 10 и 11, состоящий из двух ползунов с планкой и пружины 4.

В нижней части корпуса 2 расположено шиберное устройство сброса пробки 15, со0 стоящее из верхней заслонки 16, нижней заслонки 17, срезного штифта 18, предохранительного штифта 19, ограничителя 20 и предохранительной решетки 21. Корпус 2 разделен на два одинаковых по площади

5 канала перегородкой 22. Поворот заслонки 16 происходит с помощью рычага 23, Предохранительная решетка не позволяет пройти в бурильные трубы случайно сорвавшимся шарам.

0 Перед началом цементирования в верхней части корпуса 1 устанавливается два шара, Первым устанавливают большой шар 11. Для этого, преодолевая усилие пружины 5, шар зажимают между штоком 4 и перего5 родкой 9 и фиксируют это положение клином 6 и шплинтом 7. Точно так же устанавливается второй меньший шар 10, Наличие на перегородке 9 большой односторонней фаски не позволяет шары 10 и 11 менять местами. Перед установкой второго

клина ползуны блокиратора 13 сдвигают влево так, чтобы планка, связанная с ползунами, встала под клином б большего шара 11. Затем устанавливают и второй (правый) клин и также фиксируют его шплинтом. Под действием пружины 14 ползуны блокиратора передвинутся до упора во второй клин и корпус 1 подготовлен к работе.

Перед установкой продавочной пробки нижняя заслонка 17 располагается горизонтально и запирается срезным штифтом 18. Через отверстие вверху корпуса в камеру помещается пробка и закрывается верхней заслонкой 16. Рычаг 23 поворота верхней заслонки 16 фиксируется предохранительным штифтом 19. После этого корпуса 1 и 2 свинчиваются и устанавливаются между квадратом и колонной бурильных труб.

Цементировочная головка работает следующим образом: после спуска обсадных труб приступают к цементированию. Через манифольдную линию цементный раствор поступает в цементировочную головку, омывая шары и камеру продавочной пробки и проходя по левому каналу. Частично цементный раствор поступает и в камеру пробки и выносится оттуда через неплотности и небольшие отверстия в нижней заслонке 17. После подачи необходимого количества цемента верхнюю заслонку 16 поворачивают на 90° с помощью рычага 23, срезая предохранительный штифт 19, в крайнее левое положение. При этом происходит перекрытие потока продавочной жидкости, давление на манометре возрастает. Нижней заслонкой 17 срезается штифт 18, заслонка поворачивается до упора в ограничитель 20, формируя наиболее благоприятное направление для выхода пробки и захода ее в нижнюю горловику камеры 2.

После окончания цементирования приступают к промывке и удалению излишнего цемента. Для этого с помощью тяги 12 вырывают правый клик 6, срезая при этом шплинт 7. Под действием давления подачи бурового раствора шток 4 перемещается вправо до упора в амортизатор-грязесьем- ник 8, и шар 10 освобождается. В случае отсутствия давления раствора перемещение штока происходит с помощью пружин 5. После освобождения шара 10 ползуны блокиратора 13 перемещаются вправо, чем освобождают от блокировки левый клин. После промывки сбрасывают шар 11 для отсоединения разъединителя от обсадных труб. Эта операция происходит аналогично предыдущей. Падение шаров сопровождается соударением о конические стенки корпусов и шиберное устройство. При

освобождении шаров залипания исключены, т.к. места посадки выполнены с зазорами при суммарном угле охвата шаров 180. Увеличение количества разделительных

элементов в одной цементационной головке, взаимная блокировка фиксирующих элементов с возможностью дистанционного управления позволяет значительно расширить технологические возможности при цементировании обсадных колонн секциями с подвеской их на квадрате, а также повысить надежность и базопасность работ.

Формула изобретения

Цементировочная головка, включающая

полый корпус, разделительную пробку, установленную внутри корпуса, фиксатор раз- делителоной пробки, шаровый запорный элемент, размещенный над разделительной

пробкой, и узел удержания шарового запорного элемента, отличающаяся тем, что, с целью расширения технологических возможностей устройства и повышения надежности процесса цементирования скважин, она снабжена дополнительным шаровым запорным элементом диаметром меньше основного, блокиратором последовательности сброса шаровых запорных элементов, шиберным затвором,

предохранительной решеткой, размером ячеек меньше диаметра дополнительного шарового запорного элемента, нижней и осевой перегородками, при этом узел удержания шаровых запорных элементов выполнен в виде центральной перегородки с осевым каналом, установленной соосно с осью корпуса, двух подпружиненных штоков с цилиндрическими углублениями на торцах и клиновых элементов, блокиратор

последовательности сброса шаровых запорных элементов - в виде двух параллельно расположенных ползунов с фиксаторами, установленными под узлом удержания шаровых запорных элементов и

кинематически связанными с клиновыми элементами, осевая перегородка размещена в нижней части корпуса и шарнирно соединена соответственно в верхней части с шиберным затвором, а в нижней части - с

нижней перегородкой, причем между корпусом и осевой перегородкой с одной стороны размещена предохранительная решетка, а с другой - разделительная пробка, взаимодействующая с нижней перегородкой, при

этом последняя установлена с возможностью взаимодействия с фиксатором разделительной пробки, а шаровые запорные элементы размещены между центральной перегородкой и штоками.

ь

4CO

r

CM T

rS

t- Csi CM CS|

«41

23

17

15

Использование: при цементировании обсадных колонн с размещенными в ней узлами, управляемыми шаровыми элементами, что обеспечивает расширение технологических возможностей устройства и повышает надежность процесса цементирования. Сущность изобретения заключается в том, что внутри полого корпуса установлена разделительная пробка с фиксатором. Над разделительной пробкой размещен узел удержания двух шаровых запорных элементов большего и меньшего диаметров. Узел удержания шаровых запорных элементов выполнен в виде центральной перегородки, штоков и клиновых элементов. В устройстве-установлен блокиратор последовательности сброса шаровых запорных элементов. В нижней части корпуса размещена осевая перегородка, с одной стороны которой размещена разделительная пробка, а с другой стороны - предохранительная решетка размером ячеек меньше минимального диаметра шарового запорного элемента. Осевая перегородка в верхней части соединена с шиберным затвором. 5 ил. (Л С

Фиг. 1

Фие.З

-т

vQ

-Ч

см

Э

tI

//////////f/////////////,

2ВРФиг. 5