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

ступенчатую втулку с радиальным каналом вблизи ступени большей толщины и кольцевой поршень, причем втулка об- разует с корпусом кольцевую камеру, которая разделена кольцевым поршнем на две полости, из которых надпоршне- вая заполнена рабочей жидкостью и сообщена с боковым отверстием, и под- поршневая - через радиальный канал ступенчатой втулки - с затрубным пространством о

Недостатком известного устройства является невозможность его применения для ступенчатого или манжетного цементирования скважины с автоматическим разобщением внутриколонного и эако- лонного пространств по окончании процесса, без повышения трудоемкости изготовления и уменьшения прочностных свойств устройства о

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства за счет возможности ступенчатого или манжетного цементирова ния, а также возможности автоматического разобщения внутриколонного пространства от заколонного пространства после окончания цементирования или непредвиденных остановок во вре- мя цементирования

Указанная цель достигается тем, что устройство для цементирования обсадных колонн, включающее корпус с f боковыми каналами, осевым проходным каналом с радиальными отверстиями, перекрытыми пробками1, ступенчатую атулку с радиальными отверстиями, помещенную снаружи корпуса и образующую с ним кольцевую камеру, поршень, по- мещенный в кольцевой камере и разделяющий последнюю на надпоршневую полость9 связанную через боковые каналы и радиальные отверстия корпуса с его осевым проходным каналом в ра- бочем положении устройства, и подпорш невую полость, связанную с заколон- ным пространством через радиальные отверстия ступенчатой втулки, снабже но ограничителем осевого перемещения поршня и ступенчатой втулки, помещенным на последней в пределах над- поршневой полости, а корпус и ступенчатая втулка в ее части с большей толщиной стенки, выполнены с циркуля- ционными отверстиями, смещенными друг относительно друга по высоте, причем ступенчатая втулка установлена с возможностью совмещения ее циркуляционных отверстий с одноименными отверстиями корпуса при сообщении осевого проходного канала корпуса с надпоршне- вой полостью и последующего смещения ее в исходное положение при превышении давления в заколонном пространстве под давлением в осевом проходном канале„

На Фиг. 1 изображено устройство в транспортном положении; на фиг. 2 - после окончания цементирования первой ступени; на фиг. 3 в процессе цементирования второй ступени; на Фиг. 1 - в момент окончания процесса цементирования и сброса давления в цементировочной головке

Предлагаемое устройство (фиг. 1) состоит из корпуса 1 с баковыми каналами 2, осевым проходным каналом -3 с радиальными отверстиями 1, перекрытыми пробками 5, ступенчатую втулку 6 с радиальными отверстиями 7, образующую с корпусом 1 кольцевую камеру, поршень Я, разделяющий кольцевую камеру на надпоршневую полость 9, связанную через боковые каналы 2 и радиальные отверстия Ц с осевым проходным каналом 3, и подпоршневую полость, связанную с заколонным пространством через радиальные овтерстия 7 втулки 6е Втулка 6 с циркуляционными отверстиями 10 снабжена ограничителем осевого перемещения 11 и закреплена на корпусе 1 срезным штифтом 12„ В корпу се 1, имеющем циркуляционные отверстия 13, размещены втулка 1, установленная на срезном штифте 15, клапан, установленный с помощью срезных винтов 16, разбуриваемое седло 17 под цементировочную пробку, снабженное раздвижными упорами 18. В корпусе выполнена кольцевая проточка ,19 для фиксации раздвижных упоров после смещения клапана, а боковое отверстие корпуса частично перекрыто технологической пробкой 20 о Необходимую герметичность устройства обеспечивают уплотнительные кольца 21„ Циркуляционные отверстия 10 перекрыты обратными клапанами (в виде односторонне закрепленной пружинной мембраны).

Предложенное устройство работает следующим образомс

После закачивания в обсадную колонну расчетного объема тампонажного раствора, необходимого для цементирования первой ступени в колонну пускают нижнюю разделительную пробку,

которая, проходя через осевой канал 3, перемещает втулку И, срезая при этом штифт 15 и, таким образом, выво дит из рабочего состояния систему защиты пакера от преждевременного срабатывания. После посадки пробки на стоп - кольцо и сброса давления в

цементировочной головке (фиг. 2) пор- шень 8 под действием большего давления затрубного пространства, переда- ваемого через радиальные отверстия 7 перемещается вниз и жидкость из полости 9 по каналам 2 выталкивает в , проходной, канал устройства пробку 5, установленную в радиальном отверстии А корпуса 1 о Необходимым условием перемещения поршня 8 вниз является превышение внутриколонного давления заколонным в интервале установки устройства. При ступенчатом цементи-, ровании этот перепад достигается за счет подъема тампонажного раствора выше интервала установки устройства на 50-80 метров при цементировании предыдущей ступени (подъем тампонажного раствора выше установки устройства необходим и обязателен для получения сплошного камня в затрубном .. пространстве - для охраны недр). В случае манжетного цементирования данный перепад давления в интервале установки устройства может быть получен путем закачки в обсадную колонну последней порции (2 м3) продавоч- ной жидкости (например, воды) с пониженной плотностью.

Указанная технологическая операция не осложняет процесса цементирования скважины и легко может быть пре. дусмотрена в технологическом процессе. Затем при повышении давления в цементировочной головке до заданной величины (фиг. 3) происходит перемещение поршня 8 в крайнее верхнее положение, срез штифта 12 и совмещение циркуляционных отверстий 13 корпуса 1 с циркуляционными отверстиями 10 втулки 6 о Промывка и цементирование второй ступени осуществляются через отверстия 10 и 13. После закачивания расчетного объема тампонажного раствора в обсадную колонну (фиг„ k) пускают цементировочную пробку 22, котог рая при посадке на седло 17 срезает штифты 16 и перемещает последний до фиксации его раздвижных упоров 18 в кольцевой проточке 19 корпуса 1,

10

20

157&2736

После снятия давления в цементирог вочной головке втулка 6 под дейст- вием избыточного давления затрубногс столба тампонажного ратвора на взаимодействующий с ней поршень Я переме- щается вниз в исходное положение, автоматически разобщая внутриколонное и заколонное пространство. Аналогично происходит разобщение внутриколонного и заколонного пространств скважины при остановках процесса цементирования со снятием давления в цементировочной головке (по различным технологическим причинам, например, из-за разгерметизации соединения головки с нагнетательной линией) ;) надежность указанного разобщения пространств увеличивается при перекрытии циркуляционных отверстий втулки обратными клапанами.t

Благодаря такому выполнению достигается возможность осуществления ступенчатого и манжетного цементирования с автоматическим разобщением внутри- колонного и заколонного пространств после окончания или при остановке процесса цементирования.

25

15

30 Формула изобретения

Устройство для. цементирования обсадных колонн, включающее корпус с боковыми каналами, осевым проходным каналом и радиальными отверстиями, перекрытыми пробками, ступенчатую втулку с радиальными отверстиями, помещенную снаружи корпуса и образующую с ним кольцевую камеру, поршень,

помещенный в кольцевой камере и разделяющий последнюю на надпоршневую полость, связанную через боковые каналы и радиальные отверстия корпуса с его осевым проходным каналом в

чем положении устройства,и подпоршне- вую полость, связанную с заколонным пространством через радиальные отверстия ступенчатой втулки, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства путем обеспечения возможности ступенчатого или манжетного цементирования, а также возможности автоматического разобщения внутриколонного пространства от заколонного пространства после окончания цементиро- вания или непредвиденных остановок во время цементирования, оно снабжено ограничителем осевого перемещения

поршня и ступенчатой втулки, помещенным на последней в пределах недпорш- невой полости, а корпус и ступенчатая втулка в ее части с большей толщиной стенки выполнены с циркуляционными отверстиями, смещенными друг от носительно друга по высоте, причем ступенчатая втулка установлена с возможностью совмещения ее циркуляционФиг.1

ных отверстий с одноименными отверстиями корпуса при сообщении осевого проходного канала корпуса с надпорш- невой полостью и последующего смещения ее в исходное положение при превышении давления в заколонном пространстве над давлением в осевом проходном канале.

Фиг. Z

12

Фиг.З

Фиг. 4

Редактор Г. Ходакова

Составитель С. Силуянов

техред М. Моргентал Корректор А. Мотыль

Фиг. 4

Использование: при ступенчатом цементировании обсадных колонн. Обеспечивает возможность автоматического разобщения внутриколонного пространства от заколонного пространства после окончания цементирования или непредИзобретение относится к строительству скважин, а именно к устройствам для ступенчатого и манжетного цементирования,, Известно устройство для ступенчатого цементирования скважин, включающее корпус с боковыми отверстиями, установленную снаружи против боковых отверстий, перекрытых обратными клапанами, дифференциальную втулку и гид- равлико-механический держатель втулки в начальном и конечном положениях. виденных остановок во время цементирования с Сущность изобретения: устройство включает корпус с боковыми, осевым каналами и радиальными отверстиями. Снаружи корпуса помещена ступенчатая втулка Она образует с корпусом кольцевую камеру. В кольцевой камере помещен поршень. Он разделяет кольцевую камеру на надпоршневую и - подпоршневую полости„ На ступенчатой втулке в надпоршневой полости помещен ограничитель осевого перемещения поршня и ступенчатой втулки„ Корпус и ступенчатая втулка выполнены с циркуляционными отверстиями. Эти отверстия смещены друг относительно друга При сообщении осевого канала корпуса с надпоршневой полостью циркуляционные of-fr верстия корпуса и ступенчатой втулки совмещаются о При превышении давления в заколонном пространстве над давлением в .осевом канале корпуса ступенчатая втулка возвращается в исходное положение, k ил„ Недостатком известного устройства является ограниченная область его применения, обусловленная необходимостью перемещения его элементов в затруб- ное пространство скважины Наиболее близким к предлагаемому является устройство, устанавливаемое на обсадной колонне, включающее корпус с проходным осевым каналом и установленной в боковом отверстии с возможностью выпадения из последней пробкой, размещенные на корпусе двухХ| vj 00 Ю Ч СО