Клапан для обратного цементирования обсадных колонн Советский патент 1982 года по МПК E21B33/14 

I

Изобретение относится к креплению нефтяных и газовых скважин, в частности к цементированию обсадных колонн.

Известно устройство для обратного цементирования обсадных колони, включающее обратный клапан, пробивочную пробку и фильтр, перекрываемый наполнителем, добавляемый в первую порцию цементного раствора р .

Однако это устройство ненадежно вследствие перемешивания наполнителя на значительном интервале затрубного пространства и потери наполнителя по путидвижения.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является клапан для обратного цементирования обсадных колонн, включаюи;ш 1 стопорное кол1зпо и размещенный инугри корпуса запорный орган 2 .

11едост;ггком устройства является frci 11е11ад|.Ж1и1Сть, так как при циркуляции чсреч K.;i;inaH нисходящего потока на запорный орган воздействует равнодействующая трех сил: силы трения, силы тяжести и гидродинамической силы всужении канала.

При циркуляции потока жидкости по стволу скважины изменяются ее структурно-механические под действием температуры, длн;1ои я, химических реагентов и скорость (неравномерная работа насосов), что влечет за собой неуправляом1.1е изменение равнодействующих сил трения и гидродинамической силы в сужении канала и невозможность точного определения момента поступления тамионажного раствора в нижнюю часть обсадной колонны.

Кроме того, данное устройство может примениться лишь для тампонажного раствора строго определенной плотности в зависимости от плотности материала запорного органа, что сужает область применения устройства.

Цель изобретения - повышение надежности работы устройства.

Поставленная цель достигается тем, что устройство снабжено балансиром с грузом, установленным шарнино в корпусе ниже запорного органа и стопорным элеме}1том, размещенным между балансиром и запорным органом причем последний выполнен в виде двух подпружиненных на балансире пустотелых полуцилиндров, полость первого из которых сообщена с внутренней полостью обсадной колонны, а полость второго выполнена Херметичной и заполнена буровым раствором, причем пoлyциJПlндpы установлены подьижно относительно друг друга и с возможностью взаимодействия первого из них со стопорньм элементом.

Причем масса полуцилиндров и площадь их дпии1 выполнены одинаковыми .

Кроме того, плотность раствора во втором полуцилиндре соответствуе плотности бурового раствора в обсадной колонне.

На фи1. 1 изображено устройство и транспортном положени ; на фиг .2 сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 устройство при закрытом положении запорното органа.

Клапан состоит из корпуса 1, размещенного в нем разъемного запорного органа, состоящего из двух равновеликих нолуцил1 ндров 2 и 3 одинаковой массы. Полость полуцилиндра 2 закрыта сеткой 4 для предотвращения зашламовывания полуцилиндра. На внутренней стенке 5 полуцилиндра 2 выполнены щелевидные отверстия 6. Полуцилиндр 2 через сетку 4 и отверстия 6 сообщается с циркуляционной системой.

Щелевидные отверстия 5 служат для ускорения.процесса замещения бурового раствора тампонажным. Диаметр отверстий 5 определяется . расчетным путем и зависит от скорости замещения бурового раствора, а также выбирается, исходя из минимално .допустимых 1идравлических сопротивлений. Полость-полуцилиндра 3 герметично закрыта пробкой 7. Полуцилиндры 2 и 3 могут перемещаться относительно стопорного кольца 8 вверх и вниз благодаря балансиру 9, к которому они присоединены с помощью пружин 10 (HJ-M другого эластичного материала). Балансир 9 свобедно поворачивается вокруг оси 11, жестко закрепленной в корпусе 1. На балансире 9, состоящем из плеч равной длины., имеется груз 12, который может перемещаться по балансиру 9 и на требуемом расстоянии стопорится винтом-фиксатором 13. В корпусе 1 имее- ся ограничитель 14 движения вниз полуцилиндра 2.

Клапан работает следующим образом

Перед спуском обсадной колонны полуцилиндр 3 заполняетс;я буровым раствором той же плотности, что и находящийся в скважине, после чего он герметизируется пробкой 4.

Груз 12 передвигают по балансиру 9 на количество делений, соответствующее разности плотностей тампонажного и бурового растворов, и стопорят винтом-фиксатором 13. Спуск колонны обсадных труб осуществляют без ее долива.

По окончании спуска всей колонны скважину промывают. При этом при циркуляции через клапан нисходящего потока жидкости любой плотности клапан открыт.

После промывки приступают к обратному цементированию. В затрубное пространство закачивают тампонажный раствор, плотность которого больше плотности бурового раствора в скважине. В первый момент закачки тампонажного раствора через клапан проходит восходящий поток жидкости, находящейся в скважине и имеющей плотность меньшую, чем плотность, на которую отрегулирован клапан. При этом полуцилиндр 3 под действием груза 12 опущен вниз, а полуцилиндр 2 поднят вверх так, что между ними образован канал для прохода жидкости

При вхождении в канал тампонажного раствора заданной плотности буровой раствор из полуцилиндра 2 замещается тампонажным,- в результате чего установившееся равновесие нарушается и полуцилиндр 3 всплывает, а полуцилиндр 2 погружается, перекрывая при этом канал. В момент перекрытия канала на днище полуцилиндров 2 и 3 воздействует разность давления гидростатических столбов тампонажного и бурового раствора, а также скоростной налор потока, под действием которых оба полуцилиндра с ударом, смягченным пружинами 10, садятся на стопорное кольцо 8. После чего пружины 10 остаются в растя.нутом положении, так как усилие прижатия полуцилиндров к гнезду под действием перепада давлений значительно превосходит усилие пружин 10.

Проверку вхождения тампонажного раствора в клапан определяют следующим образом.

В обсадную колонну закачивают жидкость, под действием которой полуцилиндры 2 и. 3 опускаются вниз, . причем полуцилиндр 2 останавливается упираясь в ограничитель 14, а полуцилиндр 3 опускается еще ниже и открывает канал.

Если после прекращения закачки из колонны вытесняется объем жидкости, равный закаченному, и при этом циркуляция резко прекращается,, то это служит подтверждением вхож-денйя тампонажного раствора в клапан

Использование предлагаемого клапана позволит повысить надежность его в работе, улучшить качество/ цементирования за счет регулирования клапана на оптимальную плотность тампонажного раствора.

Кроме того, конструктивное выполнение клапана, а именно выполнение его с балансиром и перемещающимся по нему грузом и фиксатором, позволяет использовать предлагаемый клапан как отсекатель для -предупреждения выбросов, открытых нефтяных и газовых фонтанов при бурении и креплении скважин. В этом случае полуцилиндры меняют местами, чтобы герметично закрытый полуцилиндр расположился над ограничителем 14.

Формула изобретения

1.Клапан для обратного цементирования обсадных колонн, включающий корпус, стопорное кольцо и размещен ный внутри корпуса запорный орган, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности работы устройства, оно снабжено балансиром с грузом, установленным шарнирно .

в корпусе ниже запорного органа, и стопорным элементом, размещенным между балансиром и запорным органом причем последний вьшолнен в виде двух подпружиненных на балансире пустотелых полуцилиндров, полость первого из которых сообщена с внутренней полостью обсадной колонны, а полость второго выполнена герметичной и заполнена буровым раствором причем полуцилиндры установлены подвижно относительно друг друга и с возможностью взаимодействия первого из них со стопорным элементом.

2.Клапан поп.1,отличающ и и с я тем, что масса полуцилиндров и площадь их днищ вьтолнены одинаковыми .

3.Клапан поп.1, о тличающ и и с я тем, что плотность бурового раствора во втором полуцилиндре соответствует плотности бурового раствора в обсадной колонне.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР №595490, кл. Е 21 В 33/14, 1974.

2.Авторское свидетельство СССР №609872, кл. Е 21 Б 33/14., 1976 (прототип).