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

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к нефтегазодобывающей, и может быть использовано при сооружении скважин для их ступенчатого цементирования.

Цель изобретения - повышение надежности работы устройства.

На фиг.1 представлен четвертной разрез устройства в момент фиксации клапана на нижней запорной отулке; на фиг.2 - то же, при движении запорной разделительной пробки первой ступени ниже устройства; на фиг.З - положение частей устройства при промывке и цементировании второй ступени; на фиг.4 - положение частей устройства после окончания цементирования скважины.

Устройство включает корпус 1 с боковыми циркуляционными отверстиями 2. Внутри корпуса на срезных штифтах 3 и 4 закреплены соответственно верхняя 5 и нижняя 6 запорные втулки. Пространство между верхней 5 и нижней 6 запорными втулками герметизировано с помощью уплотнений 7 и 8 соответственно. Цементный раствор первой ступени продавливается продавочной разделительной пробкой 9, а цементный раствор второй ступени - запорной разделительной пробкой 10. С продольной разделительной пробкой 9 срезными

VI

4

VI

О VI

ю

штифтами 11 .связан клапан, выполненный в виде полого цилиндра 12 с шаровым запорным элементом 13 и эластичной диафрагмой 14 в средней части полого цилиндра 12. Продавочная разделительная пробка 9 фиксируется фиксатором 15 нижней запорной втулки 6. Внутри полого цилиндра 12 под эластичной диафрагмой С возможность осевбго перемещения установлена дополнительная втулка 16. Полый цилиндр 12 против дополнительной втулки 16 выполнен с радиальными каналами 17, а в нижней части - с посадочным седлом 18 под дополнительную втулку 16. На наружной поверх- ности полого цилиндра 12 против радиальных каналов размещен дополнительный обратный клапан, выполненный в виде эластичного кольца 19, верхним торцом соединенного с поверхностью полого цилиндра. Дополнительная втулка 16 вы- полнена с посадочным седлом 20 под шаровой запорный элемент 13. Соотношение между массами дополнительной втулки 16 и шарового запорного элемента 13 и соотношение между наружным диаметром допол- нительно й втулки и диаметром ее посадочного седла связаны зависимостью

Ј| у1ЭТТ7

где D и d - соответственно наружный

диаметр дополнительной втулки и диаметр посадочного седла дополнительной втулки,

Мит- массы дополнительной втулки и шарового запорного элемента соотаетст- вен но.„ ,

Указанная зависимость позволяет обеспечить надежную герметизацию внутреннего пространства устройства ниже клапана при цементиоовании второй ступени за счет действия давления жидкости.

Устройство работает следующим образом.

На первой ступени цементирования после закачивания расчетного объема тампо- нажного раствора пускают в цементируемую колонну продавочную разделительную пробку 9 с клапаном, зафиксированным на ней срезным штифтом 11. Продавочная разделительная пробка 9 свободно проходит через верхнюю 5 и нижнюю 6 запорные втулки и фиксируется на нижней запорной втулке 6 фиксатором 15. После этого происходит разрушение срезных штифтов 11 под действием давления и про- давочная пробка 9 перемещается отобсад- ной колонне ниже устройства. При отделении от полого цилиндра 12 происходит перемещение дополнительной втулки 16 до посадки ее на посадочное седло 18

совместно с шаровым запорным элементом 13, при этом радиальные каналы 17 открываются и жидкость под устройство поступает через них отжимая эластичное кольцо 19. Происходит полное вытеснение тампонаж- ного раствора в затрубное пространство,

После посад си продавочной разделительной пробки 9 на кольцо стоп циркуляция прекращается, давление в системе резко возрастает, сжимая столб продавочной жидкости в колонне и подавая сигнал об окончании продавки. По этому сигналу насосы останавливают и открывают краны на цементировочной головке, снимая тем самым избыточное давление на устье и давая возможность столбу жидкости расшириться до равновесного состояния, соответствующего его гидростатическому давлению. Расширяясь в сторону устья, столб жидкости образует восходящий поток, перетекающий через клапаны и вытесняющий перед собой шаровой запорный элемент 13. Сначала дополнительная втулка 16 и шаровой запорный элемент поднимаются совместно до исходного положения втулки, а затем шаровой запорный элемент 13 продавливается выше эластичной диафрагмы 14, занимая рабочее положение (см, фиг.З).

Далее при закрытом клапане избыточным давлением открывают боковые цементировочные отверстия 2, перемещая нижнюю запорную втулку 6 вниз, предварительно разрушив избыточным давлением срезные штифты 4. Затем скважину промывают в затрубном Пространстве выше устройства и цементируют вторую ступень в обычном порядке. Вслед за тампонажным раствором второй ступени пускают запорную разделительную пробку 10. Дойдя до верхней запорной втулки 5, запорная разделительная пробка 10 взаимодействует с ней, вызывая разрушение срезных штифтов 3 и смещает ее вниз до перекрытия боковых цементировочных отверстий 2. Втулка фиксируется в этом положении, например пру- жинным кольцом, и процесс цементирования заканчивается.

Надежная работа устройства обеспечивается тем, что шаровой запорный элемент 13 клапана защищен от износа и принудительно заряжается в рабочее положение при минимальном расходе жидкости восходящего потока через клапан.

Формула изобретения

Устройство для ступенчатого цементирования скважин, включающее корпус с боковыми циркуляционными отверстиями, верхнюю и нижнюю запорные втулки, размещенные внутри корпуса, продавочную и запорную разделительные пробки, клапан,

связанный с продаеочной разделительной пробкой и выполненный в виде полого цилиндра с шаровым запорным элементом и эластичной диафрагмой в средней части полого цилиндра, и фиксатор нижней запорной втулки, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности работы устройства, оно снабжено дополнительной втулкой, установленной внутри полого цилиндра под эластичной диафрагмой с возможностью осевого перемещения, и дополнительным обратным клапаном, при этом полый цилиндр выполнен с радиальными каналами против дополнительной втулки и посадочным седлом в нижней части под дополнительную втулку, дополнительная втулка - с посадочным седлом под шаровой запорный элемент, а дополнительный обратный клапан - в виде

0

5

эластичного кольца, установленного на наружной поверхности полого цилиндра против радиальных каналов и соединенного верхним торцом с поверхностью последнего, причем соотношение между массами дополнительной втулки и шарового запорного элемента и соотношение между наружным диаметром дополнительной втулки и диаметром ее посадочного седла связаны зависимостью % где D и d - соответственно наружный диаметр дополнительной втулки и диаметр посадочного седла дополнительной втулки;

Мит- массы соответственно дополнительной втулки и шарового запорного элемента.

Изобретение относится к горной промышленности и используется при строительстве скважин. Цель - повышение надежности работы устройства. Устройство включает корпус 1 с боковыми отверстиями 2, внутри которого на срезных штифтах 3 и 4 закреплены соответственно верхняя 5 и нижняя 6 запорные втулки. Цементный раствор первой ступени продавливается прода- вочной разделительной пробкой 9, а цементный раствор второй ступени - верхней пробкой. С пробкой 9 срезными штифтами связан клапан выполненный в виде полого цилиндра 12 с шаровым элементом 13 и эластичной диафрагмой 14. Внутри полого цилиндра установлена дополнительная втулка 16. Соотношение между массами дополнительной втулки 16 и шарового запорного элемента 13 и соотношение между наружным диаметром дополнительной втулки и диаметром ее посадочного седла связаны зависимостью D/d V|Vl/m -f 1. где D и с - соответственно наружный диаметр дополнительной втулки и диаметр посадочного седла дополнительной втулки; М и m - массы соответственно дополнительной втулки и шарового запорного элемента. 4 ил.

фиг. i

фаг. 2

фие.З

И /4

фи.4