Устройство для стыковки и цементирования секций обсадных колонн Советский патент 1982 года по МПК E21B43/10 E21B33/14 

(5) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТЫКОВКИ И ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ СЕКЦИЙ ОБСАДНЫХ КОЛОНН

1

Изобретение относится к креплению нефтяных и газовых скважин и может ; быть использовано при спуске и це- С ментировании секций обсадных колонн.

Известно устройство для стыковки секций обсадных колонн, состоящее из муфты, которая присоединяется к верхней секции и ниппелю, снабженному промывочными отверстиями и уплотнением раструба. Раструб спускается в скважину с нижней секцией обсадной колонны, которая подвешивается на цементном камне. В раструб при стыковке секций входят ниппель, закрывая при этом промывочные отверстия 1.

Недостатком данного устройства является то, что перед цементированием верхней секции ниппель приподнимают над раструбом до выхода из него промывочных отверстий и после проведения процесса цементирования, занимающего 3 -ч времени, ниппель должен вводиться в раструб с дополнительной

нагрузкой 6-8 тс до полного закрытия промывочных отверстий и посадки уплот;нения на раструб, чего достичь ввиду прихвата верхней секции практически очень трудно.

Наиболее близким к предлагае|мому является устройство для це ментирования секций обсадных колонн, состоящее из корпуса с промывочными отверстиями подвижных втулок, передвигающихся в корпусе и последовательно открывающих и закрывающих промывочные отверстия, стопорного кольца, замыкающего передвижение втулок и ниппеля, входящего в раструб нижней секции при стыковке 2.

Недостатком данного устройства является то, что после со.здания в верхней секции давления, превосходящего давление в затрубном пространстве, возникает осевое усилие, приводящее к срезу штифтов, последующему перемещению нижней,втулки и к открытию промывочных отверстий. Но полного открытия промывочных отверстии не происходит, так как при их частичном открытии резко падает давление в колонне, а в затрубном пространстве появляется циркуляция промывочной жидкости и начинается размыв отверстий, но не их полное открытие. Это приводит в дальнейшем к посл дующему негерметичному перекрытию размытых промывочных отверстий втул кой, так как размыв их может быть значителен. Кроме того, процесс открытия про мывочных отверстий не управляем и контролируется только движением жид кости из затрубного пространства, ч свидетельствует о начале открытия отверстий, а не о их полном открытии Целью изобретения является повыше ние работоспособности устройства и улучшение качества цементирования за смет одновременного открытия промывочных отверстий. Поставленная цель достигается тем, что в промывочных отверстиях установлены пробки, удерживаемые раз рывным кольцом. На фиг. 1 изображено устройство, общий вид,разрез J на фиг. 2- сечение А на фиг. U на фиг. 3 сечение Б-Б на фиг. 1; на фиг. k - сечение В-8 на фиг. 1; на фиг. 5 - сечение Г-Г на фиг. 2; на фиг. 6 - устройство в процессе цементирования секции, общий ВИД , на фиг. 7 - устройство в мо мент окончания процесса цементирования, общий вид. Устройство состоит- из муфты 1, корпуса 2, в котором устанавливаются втулки 3 и Ц. Втулка 3 верхней часть заходит в муфту 1, а в кольцевой проточке 5 устанавливается стопорное кольцо 6. Втулка k скользит выступами 7 по пазам 8 корпуса при движении и в нижнем положении опирается на выступ 9 корпуса и закрепляется винтом 10. В средней части втулка k снабжена промывочными окнами 11, а корпус 2 промывочными отверстиями 12, в которых устанавливаются пробки 13 удерживаемые разрывным кольцом 14. Разрывное кольцо I одевается в нагрето состоянии на корпус 2 в канавку 15 задавливается в паз 16 и поворотом планки 17 на 90 по канавке 18 удерживается в напряженном состоянии. Втулки 3 и + соединены между собой зубьями 19 и 20. Герметизация соединений втулок 3 и t с корпусом осуществляется уплотнительными кольцами 21. Герметизация соединения пробок с корпусом осуществляется уплотнительными кольцами 22. В нижнюю часть муфты 1 ввинчивается гайка 23, снабженная канавкой 24. Во внутреннюю поверхность муфты 1, втулок 3 и 4 устанавливается седло 25 опирающееся выступом 26 на выступ 27 муфты 1. Седло 25 крепится к втулке 3 штифтом 28. К нижней части корпуса 2 присоединяется ниппель 29 на котором устанавливаются уплотнительные кольца 30, накрываемые предохранительной втулкой 31. Предохранительная втулка крепится к ниппелю 29 штифтами 32. В нижней части ниппеля 29 установлен скребок 33 и насадка 3 а в верхней части ниппель снабжен конической поверхностью 35. Устройство присоединяется к секции обсадной колонны Зб и соединяется в стволе скважины 37 с раструбом 38 на коническую поверхность 39 которого опирается при срезе штифтов 32 коническая поверхность 40 предохранительной втулки 31При цементировании секции используется разделительная пробка 41. Коническая поверхность 35 составляющая 1 входит в коническую расточку 42 предохранительной втулки и удерживает ее при подъеме устройства из скважины. Работа устройства осуществляется по следующим этапам. Стыковка секций. Устройство присоединяется к обсадным трубам 3 в муфте 1 и спускается в скважину. При достижении устройством раструба 38 производится стыковка спускаемой секции обсадной колонны с нижней секцией подвешенной на цементном камне. Сначала 8 раструб 38 заходит насадка 34, центрируя устройство относительно раструба. Скребок 38, проходя по рабочей поверхности раструба, очищает его от твердых частиц, выпав121их из промывочной жидкости. При посадке .конической поверхности 40 предохранительной втулки 31 на коническую поверхность 39 раструба 38 разгрузкой массы секции происходит срез штифтов 32 и, опуская секцию обсадной колоннь вниз, происходит

заход уплотнительных колец 30 в раструб 38.

При полном заходе уплотнительных колец в раструб и разгрузке массы секции на 1-2 тс коническая поверхность 35 ниппеля 29 входит в коническую расточку 2 предохранительной втулки 31 и за счет клиньевого эффекта захватывает ее и удерживает.

Открытие промывочных отверстий. После разгрузки массы секции на 1-2 тс в секции создается давление (например, 50 кгс/см). Этим давлением производится гидравлическое испытание соединения раструба 38 с ниппелем 23 и срез винтов 10, крепящих втулку к корпусу 2. Срез винтов 10 происходит за счет разности между давлением в секции (устройстве) и давлением гидравлического столба жидкости за секцией (устройством) . Разность давления (перепад давления) действует на втулку t и втулка поднимается вверх до того момента, когда промывочные окна 11 совместятся с промывочными отверстиями 12, закрытыми пробками 13, удерживаемые разрывным кольцом Т). Ограничением хода втулки k является заход зубьев 19 в промежутки между зубьями 20. Затем в секции создается давление (например 80-90 кгс/см). Зто давление передается на пробки 13 и только при этом давлении происходит разрыв разрывного кольца I. Под действием давления пробки выпадают из промывочных OKQH и начинается циркуляция промывочной жидкости , что контролируется резким падением давления в нагнетательной системе цементировочных агрегатов.

Цементирование секции и закрытие промывочных отверстий. После открытия промывочных отверстий закачивается буферная жидкость (вода, нефть) и необходимый для цементирования секции объем тампонажного раствора, вслед за которым пускается разделительная пробка . Тампонажный раствор проходит через совмещенные промывочные окна 11 и промывочные отверстия 12 по затрубному пространству поднимается вверх. Посадка раз делительной пробки «I на седло 25контролируется в нагнетательной системе агрегатов повышением давления, свидетельствующим о полном заполнении тампонажным раствором межтрубного пространства от устройства до .верхней части секций.

Повышение давления создает осечое усилие на пробку k и седло 25,

в результате которого происходит срез выступов 26 и начинается совместное движение разделительной пробки 41, седла 25 и втулки 3, соединенной ртифтами 32 с седлом. Кроме того,

вместе с втулкой 3 движется вниз втулка выступами 7 по пазам 8 корпуса 2. Окончание движения указанных деталей будет посадка втулки k на выступ 9 корпуса 2. В этот момент

стопорное кольцо 6 совмещается с. . канавкой 2 и запирает от передвижения вверх втулки 3 и 4 при движении колонны бурильных труб в процессе спускоподъемных операций.

После посадки втулки 3 на выступ 9 под действием давления срезаются штифты 32 и седло 25 с разделительной пробкой il проходят вниз к ниппелю 29 за счет сжатия жидкости, находящейся в секции, частью которой является раструб 38.

Применение устройства позволяет ликвидировать негерметичность места стыковки, наличие которой требует

исправительных работ, которые связаны со значительными затратами средств потерей времени, а в некоторых случат

ях вообще оказыва 7€Я безрезультатными.

Формулэ изобретения

Устройство для стыковки и цементирования секций обсадных колонн, состоящее из корпуса с промывочными отверстиями, подвижных втулок, стопорного кольца и ниппеля, отличающееся тем, что, с цельюповышения работоспособности устройства и улучшения качества цементирования за счет одновременного открытия промывочных отверстий, в них установлены пробки, удерживаемые разрывным кольцом.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2. Авторское свидетельство СССР №589371,- кл. Е 21 В ЗЗ/, 1975 (прототип) .