Тампонажное устройство Советский патент 1993 года по МПК E21B33/132 

ходник. 12, питающее сопло 13 с обоймой 17, приемное сопло 14, дефлектор 15 с отверстиями 16, соединенный с верхним переходником 10 с возможностью их совместного вращения, и затвор 29 с возвратной пружиной связанный с поршнем 3 штоком 30 и гибкой связью 31, наматываемой на катушку 32. В поршне 3 выполнена осевая полость 44, внутри которой размещена пружина 45 с нижней подвижной опорой 47, соединенной штоком 48 с нижним концом гибкой связью 31, при этом усилие предварительного сжатия пружины 45, превышает по величине усилие предварительного сжатия, возвратной пружины затвора. Длина колонковой трубы для контейнера 1 выбирается с учетом требуемого для тампонирования объема смеси, после чего устанавливают длину гибкой связи 31 с таким расчетом, чтобы при вытянутом вдоль оси устройства положений гибкой связи 31 (без сжатия пружины затвора 29 и пружины 45) расстояние от нижнего торца поршня 3 до упора,в который поршень упирается в конце своего рабочего хода, составляло не менее величины рабочего сжатия возвратной пружины затвора 29 и не более величины суммарного рабочего сжатия пружины затвора 29 и пружины 45. После установки длины гибкой связи 31 ее наматывают на катушку 32. После

заправки контейнера опускают устройство в скважину к зоне тампонирования, опирают его на забой с перекрытием ствола скважины уплотнительными элементами 24, включают вращение и буровой насос. При вращении дефлектора 15 струя жидкости, формируемая соплом 13, периодически проходит через отверстия 16 дефлектора и попадает в сопло 14, формируя в нем и надпоршневой полости 4 импульсное давление, воздействующее через поршень 3 на тампонажную смесь, которая после опускания пробки 2 вниз выходит через сливные отверстия 7 в скважину. В процессе перемещения поршня 3 гибкая связь 31 разматывается с катушки 32. На конечном отрезке рабочего хода поршня 3 гибкая связь 31 полностью разматывается с катушки 32 и натягивается поршнем 3, после чего при дальнейшем движении поршня 3 последовательно сжимаются вначале пружина затвора 29 с открытием последнего и падением давления в подводящем канале 11, а затем пружина 45. Поршень 3 садится на упор в момент, когда величина сжатия пружины 45 не превышает максимального значения. После падения давления в канале 11 и буровой колонне выключают вращение и буровой насос и поднимают устройство на поверхность. 3 ил.

Сущность изобретения: устройство содержит контейнер 1 с поршнем 3, разделяющим его на надпоршневую полость 4 и рабочую полость 5 с тампонажной смесью, пакер с упругими уплотнительными элементами 24, сигнализатор окончания рабочего хода поршня 3 и струйный пульсатор, содержащий корпус 8 со сливными окнами 9 и сопловой полостью 23, верхний переходник 10 с подводящим каналом 11, нижний пере

Изобретение относится к бурению скважин, в частности к устройствам для их тампонирования.

Цель изобретения - повышение надежности работы устройства и упрощения его эксплуатации за счет обеспечения возможности получения устойчивого сигнала об окончании рабочего хода поршня, исключения обрывов гибкой связи и снижения требований к точности установки ее длины.

На фиг. 1 схематично изображено предлагаемое тампонажное устройство, общий вид; на фиг. 2 - график изменения величины сжатия возвратной пружины затвора устройства по прототипу в зависимости от хода поршня и времени; на фиг, 3 - график измерения величины сжатия пружин сигнализатора в предлагаемом устройстве в зависимости от хода поршня и времени.

Тампонажное устройство включает трубчатый контейнер 1 с пробкой 2 на нижнем конце и поршнем 3, разделяющим внутренний объем контейнера на надпоршневую 4 и рабочую 5 полости, последняя из которых заполнена.тампонаж- ным раствором, опорную трубу 6 со

сливными отверстиями 7 на верхнем конце, соединенном с нижним концом контейнера 1, и установленный над контейнером струйный пульсатор, содержащий корпус 8 с осевым каналом и сливными окнами 9, верхний переходник 10 с подводящим каналом 11, установленный с возможностью вращения относительно оси корпуса 8, нижний переходник 12, соединяющий корпус 8 с контейнером 1, питающее 13 и приемное 14 сопла, размещенные в осевом канале корпуса 8 эксцентрично относительно его оси и соос- но друг с другом и гидравлически связанные соответственно с каналом 11 и полостью 4,

и дефлектор 15, выполненный в виде диска с отверстиями 16, размещенного в корпусе 8 между питающим 13 и приемными 14 соплами. Питающее сопло 13 имеет обойму 17,

закрепленную центральным стержнем 18

относительно нижнего переходника 12, а приемно е сопло 14 установлено в указанном переходнике, Дефлектор 15 выполнен с осевым отверстием, через которое проходит стержень 18, и соединен патрубком 1$ с

верхним переходником 10 с возможностью их совместного вращения. Обойма 17 размещена в патрубке 19 и снабжена в верхней части патрубком 20 и уплотнением 21, поджатым пружиной 22, а отверстия 16 в дефлекторе 15 расположены эксцентрично относительно его оси с эксцентриситетом, равным эксцентриситету сопел 13 и 14. Между нижним торцом обоймы 17 и верхним торцом переходника 12 имеется сопловая полость 23, сообщающаяся с затрубным пространством через, сливные окна 9. Уст- ройство может быть снабжено пакером, выполненным, например, в виде набора упругих уплотнительных элементов 24 и разделительных колец 25. Для разобщения вращающихся и неподвижных деталей меж- ду верхним переходником 10 и корпусом 8 установлен подшипник 26, пакер выполнен с возможностью исключения взаимного проворачивания его подвижных частей (например, за счет применения в его конструк- ции шпоночного или шлицевого соединения деталей), а на конце опорной трубы 6 установлена буровая коронка 27, препятствующая вращению трубы относительно забоя скважины. 5 Устройство снабжено сигнализатором окончания рабочего хода поршня 3, содержащим выполненный в обойме 17 перепускной канал 28, вход которого сообщается с подводящим каналом 11, а выход- с затруб- ным пространством, и установленный на входе канала 28 подпружиненный гидравлический затвор 29, соединенный штоком 30 и гибкой связью 31 (например, тросом) с рабочим поршнем 3. Для удобства укладки гибкой связи 31 в надпоршневой полости 4 и исключения ее запутывания связь 31 может быть снабжена катушкой 32 с осевым каналом для прохода промывочной жидкости и самой гибкой связи. Катушка 32 раз- мещена в надпоршневой полости 4 соосно с контейнером и прикреплена к нижнему переходнику 12 пульсатора.

Для обеспечения возможности регулирования длины гибкой связи 31 при измене- нии длины контейнера 1 устройство снабжено блоком 33 с внешней канавкой, ось которого входит в вилку 34, соединен- нуюс поршнем 3. С целью обеспечения оперативного соединения и разъединения гибкой связи 31 с поршнем 3 блок 33 выполнен быстросьемным, для чего в вилке 34 с каждой ее стороны выполнен Г-образный паз под ось блока 33, а последняя крепится к вилке 34 при помощи гайки - барашка 35. Нижний конец гибкой связи 31, соединенный с поршнем 3, выполнен в виде петли 36, уложенной нижней частью в канавку блока 33, исключающего возможность появления остаточных деформаций гибкой связи в месте ее соединения с поршнем 3. Верхняя часть петли 36 снабжена фиксатором 37, установленным вблизи блока 33 и выполненным в виде разъемного соединения, например, в виде зажима из пластины с прорезью для закрепления в последней сдвоенной гибкой связи 31, образующей верхнюю часть петли 36. С целью исключения запутывания свободного конца гибкой связи 31, выходящего из фиксатора 37, гибкая связь снабжена направляющим фиксатором 38, удерживающим указанный свободный конец на основном звене гибкой связи 31, соединяющем шток 30 с блоком 33. Фиксатор 38 может быть выполнен, например, в виде кольца или короткой трубки из металла, пластмассы или резины и может быть скреплен (например, с помощью пайки, склеивания и т.п.) со свободным концом гибкой связи 31. При этом свободный конец гибкой связи 31 и ее основное звено продеты через фиксатор 38, который установлен с возможностью перемещения вдоль основного звена гибкой связи 31. С целью исключения скручивания гибкой связи 31 при ее наматывании на катушку 32 с вращением последней, а также при разматывании гибкой связи с катушки в процессе работы устройства, шток 30 и поршень 3 снабжены вертлюгами 39 и 40, первый из которых соединен крючком 41с верхним концом гибкой связи 31, а второй - осью 42 с вилкой 34 блока 33. Для обеспечения возможности выемки поршня 3 из контейнера после подъема устройства из скважины нижний конец контейнера 1 снабжен сьемным патрубком 43. При этом длина гибкой связи 31 в ее натянутом положении и длина съемного патрубка 43 выбраны с обеспечением возмож- ности опускания блока 33 ниже нижнего торца контейнера 1 в конце рабочего хода поршня 3.

Для обеспечения возможности получения устойчивого сигнала об окончании рабочего хода поршня 3 за счет увеличения времени нахождения затвора 30 в открытом положении до момента окончания рабочего хода поршня, а также для упрощения эксплуатации устройства за счет снижения требований к точности установки длины гибкой связи 31, в поршне 3 выполнена осевая полость 44 со стороны надпоршневой .полости 4, нижний конец гибкой связи 31 подпружинен относительно поршня 3 с помощью пружины 45, размещенной в полости 44 поршня 3, а верхний торец последнего, обращенный к надпоршневой полости 4, выполнен с буртиком 46 для опоры верхнего торца пружины 45, нижний торец которого снабжен опорой 47, соединенной штоком 48 с нижним. концом гибкой связи 31, При этом:уси- ли предварительного сжатия пружины 45

пр еЈыц1а;ёт по величине усилие предвари- т.ельнОгр сжатия возвратной пружины 31 затвора 30. При необходимости увеличения длины рабочего хода пружины 45 без увеличения высоты поршня 3 к его верхнему торцу присоединяется втулка 49, внутренняя полость которой служит продолжением осевой полости 44 поршня. Для исключения возможности обрыва гибкой связи 31 длина последней установлена с возможностью неполного сжатия пружины 45 в конце рабоче- гохода поршня 3,

Тампонажноё устройство работает следующим образом,:

Перед заправкой устройства тампонаж- ным материалом выбирают по длине колонковую трубу для контейнера 1с учетом требуемого для тампонирования объема смеси. Затем в соответствии с длиной выбранной колонковой трубы устанавливают длину гибкой связи 31 с таким расчетом, чтобы при вытянутом вдоль оси устройства положении гибкой связи (без сжатия пружины затвора 29 и пружины 45) расстояние от нижнего торца поршня 3 до упора, в который поршень упирается в конце своего ра- бочегр хода, составляло величину h, определяемую выражением

ASi h ASr+ Sp2(1) где ASt -величина хода поршня 3от начала до окончания рабочего сжатия возвратной пружины затвора 29 и соответственно от .начала до окончания открытия затвора 29;

SP2 - регулируемый длиной гибкой связи 31 запас хода поршня 3, отсчитываемый от момента полного открытия затвора 29 до достижения поршнем 3 предельного рабочего хода, после которого дальнейшее движение поршня может вызвать обрыв гибкой связи 31.

Входящая.в выражение (1) величина хода ASi равна

ASi Sk1 - So(2) где Sc и Sk - соответственно величина хода поршня 3 в начале и конце рабочего сжатия пружины затвора 29 и соответственно в начале и конце открытия указанного затвора.

Величина регулируемого запаса хода поршня с момента полного открытия затвора 29 и до упора поршня в конце его рабочего хода определяется выражением

Sp2 Зктах Sk (3)

По окончании регулировки длины гибкой связи 31 зажимают фиксатором 37 сдвоенную часть петли 36 вблизи блока 33, после чего наматывают гибкую связь 31 на катушку 32. Затем заправляют рабочую полость 5

контейнера 1 тампонажным раствором, соединяют пульсатор с контейнером 1, в верхней части которого устанавливают поршень 3, опускают устройство в скважину

к зоне тампонирования, расположенной над естественным или искусственным забоем, и по достижении забоя загружают осевым усилием с опорой трубы б на забой. Под действием указанного усилия упругие эле0 менты 24 пакера сжимаются и перекрывают ствол скважины над тампонируемым интервалом, после чего приводят во вращение буровую колонку, на которой подвешено устройство, и включают буровой насос, среди5 ненный с буровой колонной, При этом дефлектор 15 приводится во вращение от верхнего, переходника 10, соединенного с буровой колонной, а промывочная жидкость поступает по буровой колонне кподводяще0 му каналу 1.1 и из него к питающему соплу 13, на выходе которого формируется напорная струя. В процессе вращения дефлектора 15 ось каждого из его отверстий .16 периодически (при каждом обороте дефлектора) схо5 дится и расходится с общей осью сопел 13 и 14. При схождении оси отверстия 16 с осью сопел 13.и 14, напорная струя, формируемая соплом 13, попадает в торцевое отверстие приемного сопла 14- вызывая в нем импуль0 сное повышение давления, а при расхождении оси отверстия 1.6 и оси сопел 13 и 14 дефлектор 15 перерезает напорную струю, перекрывая ее доступ к приемному, соплу 14, и вызывая тем самым импульсное паде5 ние давления в сопле 14. При схожДении с осью сопел 1.3 и 14 оси следующего отверстия 16.дефлектора 15 в приемном сопле 14 формируется очередной импульс давления, В результате на выходе приемного сопла 14

0 формируется пульсирующее давление, частота которого равна частоте вращения дефлектора 15, умноженной на число отверстий 16 в нем. Вырабатываемое пульсатором пульсирующее давление передает5 ся в надпоршневую полость 4 контейнера и через поршень 3 воздействует на тампонаж- ный раствор, находящийся в рабочей полости 5. Под воздействием пульсирующего давления со стороны тампонажного раство0 ра пробка 2 выбирается из нижнего отверстия контейнера 1, после чего поршень 3, на который действует пульсирующее давление со стороны надИоршнёвой полости 4, вытесняет тампонажный раствор из рабочей по5 лости 5 контейнера через сливные отверстия 7 в тампонируемую зону скважины, Промывочная жидкость, не попадающая в приемное сопло 14 в периоды, когда напорная струя перерезается дефлектором 15, сливается из сопловой полости 23 в затрубмое пространство скважины через сливные отверстия 9.

В процессе перемещения поршня 3 вниз он разматывает гибкую связь 31 с катушки 32. При этом скручивание гибкой свя- зи в процессе ее разматывания исключается за счет свободного проворачивания нижнего конца указанной связи вместе с блоком 33 на вертлюге 40 относительно поршня 3. В момент времени (фиг. 3), когда рабочий ход поршня S So, гибкая связь 31 полностью разматывается с катушки 32 и натягивается поршнем 3, после чего при дальнейшем движении поршня происходит сжатие возвратной пружины затвора 29, пе- ремещаемого гибкой связью через шток 30, и соответственно, открытие указанного затвора. С началом открытия затвора 29 промывочная жидкость начинает сливаться из подводящего канала 11 через перепускной канал 28, отверстия 16 в дефлекторе 15, сопловую полость 23 и сливные отверстия 9 в затрубное пространство. В результате давление в подводящем канале 11 и буровой колонне начинает снижаться, что еду- жит информационным сигналом об окончании работы устройства, В процессе перемещения по буровой колонне указанного информационного сигнала в виде вол- ны понижения давления поршень 3 продолжает свой рабочий ход. При достижении величины его рабочего хода значения SK в момент времени tK сжатие пружины затвора 29 достигает рабочего значения hi, соответствующего, полному открытию за- твора 29. При дальнейшем движении поршня 3 в момент, когда величина его рабочего хода достигает значение Si, а сжатие пружины затвора 29 достигает максимального значения hi, начинает сжиматься пружина 45. При достижении конечного значения рабочего хода поршня S SK последний садится на упор и прекращает свое дальнейшее движение. При этом сжатие пружины 45 достигает рабочего значения ha, меньшего или, в крайнем случае, равного по величине значению максимального сжатия указанной пружины. В соответствии с выражением (1) поршень 3 садится на упор с соблюдением условия, что конечное значе- ние рабочего хода поршня SK Smax, т.е. SK не превышает по величине предельное значение Зктах, при превышении которого пружина 45 полностью сжимается и дальнейшее движение поршня может привести к обрыву гибкой связи 31 в результате передачи на нее полной амплитуды импульсного усилия; создаваемого на поршне импульсным давлением, формируемым и пульсатором в полости 4.

По достижении волны понижения дав- ления поверхностного сигнального устройства вращение колонны и подачу рабочей жидкости прекращают, а тампонажное устройство поднимают на поверхность. При этом затвор 29, пружина 45 и детали пакера возвращаются в исходное положение под действием упругих сил. После подъема устройства из скважины отсоединяют от контейнера 1 съемный патрубок 43, ослабляют гайку- барашек 35, снимают блок 33 с вилки 34, вынимают поршень 3 из патрубка 43, снимают пульсатор с контейнера 1 и наворачивают гибкую связь 31 на катушку 32. В случае изменения длины контейнера 1 перед новым рейсом устройства в скважину вновь регулируют длину гибкой связи 31, приводя ее в соответствие с новой длиной контейнера с соблюдением условия, определяемого выражением (1).

Введение в конструкцию устройства пружины, встраиваемой в поршень и под- пружинивающей нижний конец гибкой связи относительно поршня, позволяет в несколько раз (см. фиг. 2; 3) увеличить регулируемый запас рабочего хода Sp поршня, отсчитываемый от момента полного открытия затвора сигнализатора до достижения поршнем предельного рабочего хода Зктах, после которого дальнейшее движение поршня может вызвать обрыв гибкой связи 31, Поскольку поршень может быть иметь достаточно большую высоту (обычно ее выбм- рают в пределах 1-2 диаметров контейнера), величина 3Рз (фиг. 3} для предлагаемого устройства получается на практике в 10-30 раз больше величины SPi (фиг, 2), присущей устройству по прототипу. При-. мерно такого же порядка достигает в предлагаемом устройстве увеличение времени Т2 действия сигнализатора (нахождения затвора 29 в открытом положении) в сравнении с временем Ti действия сигнализатора в устройстве пр прототипу. Значительное увеличение в предлагаемом устройстве величины параметра Sp исключает обрыв гибкой связи и снижает требования к точности установки ее длины, что упрощает эксплуатацию устройства, а увеличение времени Т действия сигнализатора обеспечивает возможность получения устойчивого и легко распознаваемого сигнала об окончании работы устройства. При этом большая величина регулируемого запаса хода поршня Sp и времени Т действия сигнализатора позволяет получать сигнал и выключать устройство (вращение и подачу промывочной жидкости) до момента посадки поршня на упор. В свою очередь исключение возможности обрыва

гибкой связи и получение четкого сигнала об окончании работы устройства обеспечивают повышение надежности работы устройства.

Экономический эффект от внедрения изобретения будет получен за счет повышения надежности работы устройства и упрощения его эксплуатации.

Фор мул а из обретения Тампонажное устройство, включающее контейнер с поршнем, разделяющим его на надпоршневую полость и рабочую полость, заполненную тампонажным материалом, струйный пульсатор с подводящим каналом и выходным каналом, гидравлически связанным с надпоршневой полостью, и сигнализатор окончания рабочего хода поршня в виде гидравлического затвора с возвратной пружиной и гибкой связью, верхний конец которой соединен с затвором, а нижний - с поршнем, отличающееся тем, что, с

целью повышения надежности работы и упрощения эксплуатации за счет обеспечения возможности получения устойчивого сигнала об окончании рабочего хода поршня, исключения обрывов гибкой связи и снижения требований к точности установки ее длины, в поршне выполнена осевая полость со стороны надпоршневой полости контейнера, нижний конец гибкой связи подпружинен относительно поршня с помощью пружины, размещенной в осевой полости последнего, при этом верхний торец поршня, обращенный к надпоршневой полости, выполнен с буртиком под верхний торец указанной пружины, нижний торец которой имеет подвижную в осевом направлении опору, соединенную с нижним концом гибкой связи, причем усилие предварительного сжатия размещенной в поршне пружины превышает по величине усилие предварительного сжатия возвратной пружины затвора.

Фйг.З