Устройство для ступенчатого цементирования обсадных колон Советский патент 1980 года по МПК E21B33/14 

. - . Изобретение относится к области бурения скважин, в частности к ycTpoiicTвам для ступенчатого цементирования обсадных колонн. .

Известно устройство для ступенчатого цементирования обсадных колонн, включающее корпус с цементировочными отверстиями, две срезные втулки, взаимодействующие между собой и цементйровочные пробки l.

Недостатком этого устройства является возможность смятия корпуса, и втулок под действием несбалансированного гидростатического давления.;

Наиболее близким аналогом ... изобретения является устройство для ступенчатого цементирования обсадных колонн, включающее корпус с цементировочйймй окнами и перепускными каналами для ndKepa, верхнюю и нижнюю срезные втулки с Посадочными седлами, взаимодёйса-вующие между собой, и цементировочные

пробки Ъ..-..«: .:.

Недостатком устройства является возможность, неперекрытйя це мсентиравочных отверстий корпуса из-за Того, чти в момент посадки верхней разделительной пробки при окончанш цетлентирования последней ступени между ней и нижней пробкой образуется ограниченный объем жидкости, ттрепятствующий перемеЩентйО в крайнее нижнее положение.

Целью изобретения являетсяобеспечение безотказности ефабать1вавЕия yclrройства за счет повышения надежности перекрытия цементировочных отверстий после окончанш цементирования послед:ней ступени.

Поставленная цель достипгаетсгя тем, что внутренняя поверхность корпуса выше цементировочньи отверстий вьтолнена ступ.ёнчатой, а верхняя втулка выполнена дифференциальной, : взаимодействующей с уступами корпуса, и имеет кольцевую) проточку в нижней части по наружной поверхности, причем полость под цементировочной пробкой гидравличестси связана с полостью над дифференциальной втулкой. На фиг. 1 изображено; устройство для ступенчатого цементирования обсадных колонн, общий вид; на фиг. 2 - то же, в момент запакеровки егб уплотнительного элемента; на фиг. 3 - то же, в момент цементирования скважины; на фиг.4 то же, в момент посадки цементировочной пробки на седло верхней втулки; на фиг. 5 - то же,в момент перекрытия верхней втулкой цементировочных окон. Устройство для ступенчатого цементирования скважин состоит из корпуса 1, внутри которого размещены верхняя 2 и нижняя 3 подвижные зйпорные втулки. Верхняя втулка снабжена седлом 4 и удерживается в крайнем верхнем положении при помощц стопорного пружинного кольца 5. Седло 4 крепится к втулке 2 при помощи пальцев 6, размещённых в продольных пазах 7 патрубка 8, жестко прикрепленного к корпусу 1. Внутри ниж ней втулки 3 на срезных штифтах 9 закреплено седло 1О, а сама втулка крепит ся к корпусу 1 срезными штифтами 11. В корпусе выполнены цем:ентирЬвочные окна 12 и перепускные, каналы 13, сообщающие уплотнит ел ьный элемент пакера (на чертежах не показан) с обсадной колонной. Внутренняя поверхность корпуса 1 над цементировочными окнами выполнена ступенчатой. Внутренний диаметр первой ступени меньше внутреннего диаметра 1)2 второй ступени и внутрен.- НИИ диаметр 1, третьей ступени меньше Dj . В соответствии, со ступенями корпуса 1 дифференциальная втулка 2 имеет наружные поверхности D 2 которйе разделены между собой кольцевой выемкой 14. . Цементирование скважинЬх с применением устройства осуществляют следующим образом. Устройство в собранном виде, как это изображено на фш. 1, вместе с уплотнительным элементом (на чертежах нб показан) присоединяют к обсадной колонне и опускают в скважину. Перед началом цементирования (см. фиг- 2) в обсадную колонну бросают шар 15. После посадки щара в седло 10 в обсадной колонне соз дают избыточное давление, под действием которого срезается штифт 9 и шар 15 вместе с седлом опускаю- ся вниз до упо ра 16 во втулке 3. При этом каналы 13 17 и 18 в корпусе 1, втулке 3 и седле 10 совмещаются. В результате этого пр давлении не более 20 кг/см - произойдет запакеровка уплотнительного элемента. После этого в обсадной колонне постепенно повышают давление до 70-1ОО кгс/см при котором срезается штифт 11 втулки 3 (см. фиг. 3). Втулка опускается вниз до упора в выступ корпуса 1 (выступ на чертежах не показан), открывая при этом цементировочные окна 12 в корпусе, через которые цементный раствор поступает в затруёное пространство. При опускании вниз втулки 3 перекрывается канал 13 и внутренняя полость уплотнительного элемента, запирается при его раздутом положении. В конце цементирования в обсадную колонну пускают цементировочную пробку 19 (см. фиг. 4), при помощи которой цементный раствор выдавливают через окнаЕ 12 в затрубное пространство скважины. Пройдя всю обсадную колонну, пробка 19 садится на седло 4 втулки 2 и под избыточным давлением, создаваемым над пробкой, начнет переметцать втулку 2 вниз к окнам 12. Дойдя до положения, изображенного на фиг. 4, втулка не остановится из-за замкнутого объема цементного раствора, образовавшегося между шаром 15 (на фиг. 4 не показан) ипробкой : 19. Она будет продолжать двигаться вниз под действием осевого усилия, возникаю.щего из-за того, что на втулку 2 в этом положении действует разность внутри трубного и затрубного давлений, а сама втулка оказывается гидравлически неуравновешенной (диаметр D-f ее нижней части меньше диаметра Q верхней части). При движении втулки 2 вниз (см. фиг. 5) между седлом 4 и пробкой 19 образуется зазор, через который происходит переток жидкости из-под нижнего торца втулки в полость над ее верхним торцом. Движение втулки при этом облегчается благодаря кольцевой выемке 14, вьшолнеиной между ее различными поверхностями ТЗ и и Цементный раствор, заключенный между этими поверхностями при помощи выемки 14 выдав тивается. через окно 12 в затрубное пространство. Дойдя до втулки 3, втулка 2 перекроет цементировочные окна 12 и зафиксируется в корпусе 1 при помощи пружинного кольца 5. По окончании времени ОЗИ цементировочную пробку 19 -(см. фиг. 4 и 5), седла 4 и Ю (см. фиг. 1), упор 16 (см.

фиг. 2), шар 15 (см. фиг, 2) и ueMie.iTный стакан между ними раэбуривают.

Формула изобретен

Устройство для ступенчатого цементирования обсадных колонн, включдюшее корпус с цементировочными окнами я перепускными каналами для пакера, верхнюю и нижнюю срезные втулки с посаддчными седлами, : взаимодействующие между собой, к цементировочные пробки, о тличающееся тем, что, с цепыб обеспечения безотказности срабатывания устройства за счет повышения наде)йоети перекрытий цементировочных отверстий после окончания цементирования последней ступени, внутренняя поверхность корпуса оьгше цементировочных отверстий выпблиёиаступёН ёГтой, а верхняя птулка выполнена дифференциальной, взаимодействующей с уступами корпуса, и имеет кольцевую проточку в нижней части по наружной поверхшэсти, прич полость под цементировочной пробкой гидравлически связана с полостью над дифференциальной втулкой.

- ) .

Источники информашга, принятые во внимание при экспертизе

i: Патент США NO 527267, кл. 166-154, опублик. 107О.

2. Техника и технология бурения, Трудьг ВНИИБТ.Вьш. XXVIII, м., Недра 1971, с. 312.

« ..t

Л- -г -twc, -.- - /«« sartJsfe ewSA- -- - -Шфиг.1

Фи.2

ф1/г.д

Фиг.