устройство для стыковки и цементирования секций обсадных колонн

Формула изобретения

1. Устройство для стыковки и цементирования секций обсадных колонн, содержащее установленный на нижней секции раструб с конической поверхностью, связанный с вышерасположенной секцией обсадной колонны корпус, закрепленную срезными элементами коаксиально корпусу и имеющую возможность осевого перемещения гильзу с конической поверхностью, уплотнениями и направляющей пробкой, размещенный над вышерасположенной секцией разъединитель, разделительную пробку и сбросной шар, отличающееся тем, что оно снабжено диафрагмами, закрепленными в радиальных отверстиях, выполненных в корпусе, а гильза выполнена с радиальными отверстиями, которые перекрыты диафрагмами, причем направляющая пробка выполнена с центральным отверстием, а спуск сбросного шара для открытия промывочных отверстий разъединителя определяется выражением



где V_ш - объем жидкости, закачиваемый после сброса шара, м³;

V_б - объем бурильной колонны, м³;

L_б - длина бурильной колонны, м;

U - скорость падения шара, м/с;

Q - производитель насосов м³/с.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что разделительная пробка выполнена с центральным сквозным отверстием.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что разделительная пробка выполнена с заглушенным центральным отверстием.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области строительства нефтяных и газовых скважин, а именно к устройствам для стыковки и цементирования обсадных колонн, спускаемых секциями.

Известно устройство для стыковки и цементирования секций обсадных колонн, состоящее из полого корпуса с промывочными отверстиями, перекрытыми пробками с уплотнениями, муфты, жесткосвязанной с корпусом, и втулки, соединенной с муфтой срезными элементами [1].

Основным недостатком известного устройства является преждевременное открытие промывочных отверстий корпуса из-за выпадения пробок, которые ненадежно крепятся кольцами или проволокой, или невозможность их открытия внутриколонным давлением бурового раствора.

Наиболее близким является устройство для стыковки секций обсадных колонн, состоящее из воронки с коническим седлом, закрепленной к верхней секции корпуса, расположенного в корпусе ниппеля с посадочным конусом и направляющей пробкой с цементировочными отверстиями [2].

Основным недостатком известного устройства является ненадежность стыковки секций обсадной колонны при наличии кривизны скважины и особенно, когда отсутствует цемент за "головой" нижней секции обсадной колонны.

Кроме того, сам процесс стыковки верхней секции осуществляется после цементирования, что может привести к прихвату ее и к трудностям контроля за стыковкой и в конечном счете к осложнению скважины.

Задачей изобретения является повышение надежности стыковки секции обсадной колонны при качественном ее контроле и осуществление цементирования верхней секции в состыкованном состоянии.

Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для стыковки и цементирования секций обсадных колонн, содержащем установленный на нижней секции раструб с конической поверхностью, связанный с вышерасположенной секцией обсадной колонны корпус, закрепленную срезными элементами коаксиально корпусу и имеющую возможность осевого перемещения гильзу с конической поверхностью, уплотнениями и направляющей пробкой, размещенный над вышерасположенной секцией разъединитель, разъединительную пробку и сбрасной шар, для решения задачи устройство снабжено диафрагмами, закрепленными в радиальных отверстиях, выполненных в корпусе, а гильза выполнена с радиальными отверстиями, перекрытыми диафрагмами, причем направляющая пробка выполнена с центральным отверстием, а спуск сбросного шара для открытия промывочных отверстий разъединителя определяется следующим выражением:



где V_ш - объем жидкости, закачиваемой после сброса шара, м³;

V_б - объем бурильной колонны, м³;

L_б - длина бурильной колонны, м;

U - скорость падения шара, м/с;

Q - производительность насосов, м³/с.

Разделительная пробка может быть выполнена с центральным сквозным отверстием или с заглушенным центральным отверстием.

Техническим результатом является фиксация сопряженных конических поверхностей гильзы и раструба под давлением, создаваемым буровым раствором.

Это достигается за счет того, что боковые отверстия гильзы и корпуса смещаются относительно друг друга и перекрываются стенками гильзы и корпуса.

Техническим результатом является контролируемость процесса стыковки секций до начала цементирования.

Это достигается созданием давления в состыкованной верхней секции и установкой в радиальных отверстиях корпуса диафрагм, подобранных на любое заданное давление бурового раствора.

Техническим результатом является цементирование верхней секции в состыкованном с нижней секцией состоянии.

Это достигается за счет того, что гильза и корпус имеют боковые отверстия.

Техническим результатом является определение спуска сбросного шара



где V_ш - объем жидкости, закачиваемой после сброса шара, м³;

V_б - объем бурильной колонны, м³;

L_б - длина бурильной колонны, м;

U - скорость падения шара, м/с;

Q -производительность насосов, м³/с.

На фиг. 1 показано устройство для стыковки и цементирования секций обсадных колонн; на фиг. 2 -то же для стыковки и цементирования двух секций.

Устройство содержит корпус 1, соединенный с разъединителем 2. В корпусе 1 закреплена гильза 3 посредством срезных винтов 4. В зазоре между корпусом 1 и гильзой 3 находятся уплотнения 5 и 6. В радиальных отверстиях корпуса 1 закреплены диафрагмы 7 посредством гаек 8. На гильзе 3 имеются радиальные отверстия 9, которые перекрыты диафрагмами 7. На нижнем конце гильзы 3 расположена направляющая пробка 10 с центральным отверстием и коническая поверхность 11.

Под корпусом 1 расположен раструб 12 с внутренней конической поверхностью 13. Сопряжение конических поверхностей 11 и 13 устраняет осевое перемещение гильзы 3 относительно раструба 12 во время спускоподъемных операций бурильной колонны, а также проворачивание ее в процессе бурения.

В корпусе 1 установлено упорное кольцо 14. Кольцо 14 расположено на верхнем торце гильзы 3 и предназначено для посадки разделительной резиновой пробки 15 после окончания продавки цементного раствора.

Устройство работает следующим образом.

В собранном виде устройство навинчивают на первую обсадную трубу верхней секции и спускают в скважину, при этом нижняя секция оборудована раструбом 12.

Если сплошную обсадную колонну спускают тремя и более секциями, а хвостовик - двумя и более секциями, то применяют разъединитель 2. Разъединитель 2 навинчивают на верхнюю обсадную трубу верхней секции.

Для срабатывания разъединителя 2 применяют продавочную пробку 16 и сбросной шар 17. Продавочная пробка 16, опускаясь вниз по бурильной колонне, продавливает тампонажный раствор через разъединитель и соединяется с разделительной пробкой 15, плотно закрепляясь в ее центральном отверстии. Затем обе пробки продавливают тампонажный раствор внутри секции обсадной колонны в затрубное пространство. Пуск сбросного шара для открытия промывочных отверстий 18 разъединителя определяется следующим выражением



где V_ш - объем жидкости, закачиваемой после сброса шара, м³;

V_б - объем бурильной колонны, м³;

L_б - длина бурильной колонны, м;

U - скорость падения шара, м/с;

Q - производительность насосов, м³/с.

В этом случае работа устройства происходит по общепринятой схеме.

При креплении сплошной обсадной колонны двумя секциями в процессе спуска верхней секции может быть проведена промежуточная промывка скважины, которую осуществляют в обычном порядке через центральное отверстие направляющей пробки 10. После спуска верхней секции обсадной колонны ввод гильзы 3 в раструб 12 осуществляют одновременно с циркуляцией бурового раствора. При этом давление бурового раствора повышают на 3,0-4,0 МПа, после чего давление сбрасывают. Затем корпус 1 разгружают на раструб 12 на 10-12 т и повышают давление бурового раствора до разрушения диафрагм 7. При атом давление бурового раствора резко падает. Закачивают расчетный объем тампонажного раствора и пускают разделительную пробку 15. Пробка 15 в этом случае имеет заглушенное центральное сквозное отверстие.

При достижении разделительной пробки 15 упорного кольца 14 повышают давление внутри секции обсадной колонны, в результате срежутся винты 4. Разделительная пробка 15 вместе с гильзой 3 и упорным кольцом 14 сдвинутся вниз до соединения конических поверхностей 11 и 13. Радиальные отверстия 9 гильзы 3 при этом будут расположены против стенки корпуса 1, а зазор между корпусом 1 и гильзой 3 будет загерметизирован уплотнениями 5 и 6. Благодаря тому, что поверхности 11 и 13 сопрягаются под давлением бурового раствора, гильза 3 не будет иметь возможность перемещаться в осевом направлении и проворачиваться.

Устройство обеспечивает надежность соединения верхней секции обсадной колонны с нижней посредством конических поверхностей 11 и 13 гильзы 3 и раструба 12 и герметичность посредством уплотнений 5 и 6, что позволяет осуществлять цементирование верхней секции в состыкованном с нижней секцией состоянии.

Источники информации

1. SU, N1460205, кл. E 21 B ЗЗ/14, опубл. 1989.

2. SU, М1454947, кл. E 21 B 17/08, опубл. 1989.