муфта для ступенчатого цементирования обсадных колонн

Формула изобретения

МУФТА ДЛЯ СТУПЕНЧАТОГО ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ ОБСАДНЫХ КОЛОНН, включающая составной корпус с циркуляционными отверстиями и внутренним буртом, подвижную втулку с циркуляционными отверстиями и посадочным седлом, зафиксированную в крайнем положении срезным стопорным узлом внутри корпуса и образующую с ним кольцевую полость, дифференциальную втулку, помещенную в кольцевой полости и перекрывающую циркуляционные отверстия корпуса и подвижной втулки, и цементировочные пробки, отличающаяся тем, что она снабжена дополнительным стопорным узлом в виде разрезного пружинного кольца, а подвижная и дифференциальная втулки в их нижних частях выполнены с кольцевыми проточками с зазором под разрезное пружинное кольцо, установленное с возможностью взаимодействия с буртом корпуса, при этом основной стопорный узел установлен с зазором между взаимодействующими поверхностями подвижной втулки и корпуса, кратно превышающим зазор между взаимодействующими поверхностями в дополнительном стопорном узле.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к строительству скважин и может быть использовано при ступенчатом цементировании обсадных колонн.

Известна муфта для ступенчатого цементирования обсадных колонн, включающая составной корпус, подвижную втулку, дифференциальную втулку, седло, цементировочные пробки [1] Недостатком муфты является возможность незакрытия ее циркуляционных окон из-за закупоривания твердой фазой, выпадающей из буровых и тампонажных растворов, каналов по которым передается закрывающее давление.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является муфта для ступенчатого цементирования обсадных колонн, включающая составной корпус, подвижную втулку, зафиксированную в корпусе срезными элементами, дифференциальную втулку, седло, срезную втулку [2] Недостатком муфты является возможность ее преждевременного закрытия во время посадки пробки первой ступени в срезное кольцо. При этом возможна деформация и раздувание тяг, что приведет к заклиниванию срезного кольца и росту избыточного давления над пробкой. Превышение избыточного давления может привести к преждевременному закрытию муфты в результате перемещения подвижной втулки в крайнее нижнее положение.

Задачей изобретения является повышение надежности муфты.

Достигается это тем, что известная муфта для ступенчатого цементирования, содержащая составной корпус с циркуляционными отверстиями и внутренним буртом, подвижную втулку с циркуляционными отверстиями и посадочным седлом, зафиксированную в крайнем положении срезным стопорным узлом внутри корпуса и образующую с ним кольцевую полость, дифференциальную втулку, помещенную в кольцевой полости и перекрывающую циркуляционные отверстия корпуса и подвижной втулки, и цементировочные пробки, согласно изобретению снабжена дополнительным стопорным узлом в виде разрезного пружинного кольца, а подвижная и дифференциальная втулки в их нижних частях выполнены с кольцевыми проточками с зазором под разрезное пружинное кольцо, установленное с возможностью взаимодействия с буртом корпуса, при этом основной стопорный узел установлен с зазором между взаимодействующими поверхностями подвижной втулки и корпуса, кратно превышающим зазор между взаимодействующими поверхностями в дополнительном стопорном узле.

На фиг. 1 изображена муфта в исходном положении, при спуске ее в составе обсадной колонны в скважину; на фиг. 2 то же, после открытия циркуляционных окон и включения дополнительного стопора; на фиг. 3 и 4 узлы I и II на фиг. 2 (зазоры между опорными поверхностями основного и дополнительного стопоров в исходном положении муфты); на фиг. 5 то же, в закрытом положении.

Муфта состоит из нижней 1 и верхней 2 частей составного корпуса с циркуляционными отверстиями 3 и буртом 4. В осевом канале корпуса установлена подвижная втулка 5 с циркуляционными отверстиями 6, зафиксированная срезными элементами 7. В осевом канале подвижной втулки 5 установлены в верхней части седло 8, в нижней части промежуточная втулка 9, а в осевом канале промежуточной втулки 9 срезное кольцо 10, зафиксированное срезными элементами 11. В кольцевой полости 12, образованной внутренней поверхностью нижней части корпуса 1 и наружной поверхностью подвижной втулки 5, против циркуляционных отверстий 6 и 3 установлена дифференциальная втулка 13, зафиксированная срезными элементами 14. На наружной поверхности втулки 5 выполнена кольцевая проточка, которая совместно с кольцевой проточкой на внутренней поверхности дифференциальной втулки 13 образует кольцевую полость 15, в которой размещен дополнительный стопор в виде разрезного пружинного кольца 16, взаимодействующего в сжатом положении с буртом 4 нижней части корпуса 1. При этом опорные поверхности основного стопора 7 размещены с зазором а, который кратно больше зазора b в стопоре 16, что исключает воздействие осевой нагрузки на стопор 7 при включении стопора 16. Пружинное кольцо 17 предназначено для фиксации подвижной втулки 5 в закрытом положении муфты. Кольцевые уплотнения 18 предназначены для герметизации деталей муфты. Пробка второй ступени 19.

Муфта работает следующим образом. В положении, показанном на фиг. 1, муфта устанавливается составным элементом обсадной колонны в избранном интервале. После окончания спуска обсадной колонны в скважину закачивается цементный раствор первой ступени, за цементным раствором пускают эластичную цементировочную пробку. Из-за эластичных свойств пробка может перекоситься при попадании на седло 8 кусочков породы или отслоившейся резины, что может вызвать резкое и значительное по величине повышение внутриколонного давления и повышенную осевую нагрузку на подвижную втулку 5. Поскольку в этот момент осевая нагрузка на втулку 5 передается через дополнительный стопор 16 на бурт 4 корпуса, перемещения втулки 5 не произойдет, а эластичная пробка окажется продавлена через муфту, срезав при этом кольцо 10. Таким образом, наличие дополнительного стопора 16 исключает преждевременное закрытие муфты.

При посадке эластичной пробки на кольцо "стоп", установленное в нижней части обсадной колонны, под действием растущего избыточного давления на дифференциальную втулку 13 срезаются элементы 14 и втулка 13 перемещается вверх до упора, открывая циркуляционные отверстия 3 и 6, о чем будет свидетельствовать резкое падение давления в обсадной колонне.

После перемещения втулки 13 в верхнее положение дополнительный стопор выключается за счет разжатия пружинного кольца 16, а подвижная втулка 5 удерживается в исходном положении уже основным стопорным элементом 7.

После открытия циркуляционных отверстий муфты производят смывку излишнего цементного раствора первой ступени. После промывки и выдержки необходимого времени, производят закачивание цементного раствора второй ступени, после чего пускают пробку 19 второй ступени и продавливают ее по обсадной колонне до момента посадки на седло 8 подвижной втулки 5. Давление в колонне повышают до момента срезки элементов 7. При этом подвижная втулка 5 смещается вниз до упора в торец нижней части корпуса 1, а отверстия 6 перемещаются ниже уплотнений 18 корпуса. Пружинное кольцо 17 разжимается и фиксирует подвижную втулку 5 в ее нижнем положении.

Таким образом, предлагаемая муфта для ступенчатого цементирования обсадных колонн обеспечивает надежность и последовательность открытия и закрытия ее цементировочных отверстий.