устройство для цементирования обсадной колонны

Формула изобретения

1. Устройство для цементирования обсадной колонны, включающее продавочную пробку и установленный на ней ударный механизм, отличающееся тем, что продавочная пробка снабжена стержнем, а ударный механизм выполнен в виде ствола, жестко насаженного на стержень, обоймы с запорным приспособлением, размещенной на нижнем конце ствола с возможностью скольжения по последнему, ограничителя, размещенного в верхней части стержня, упругого элемента, установленного между обоймой и ограничителем, и ключа, размещенного на стволе, при этом запорное приспособление выполнено в виде прикрепленного к обойме подпружиненного коромысла с собачкой под зазор между трубами обсадной колонны и кромкой, а ключ выполнен с возможностью взаимодействия с кромкой и отжатия коромысла с собачкой.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ключ и ограничитель размещены на стволе с возможностью изменения месторазмещения.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ключ выполнен в виде трапецеидальной шайбы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к устройствам для цементирования обсадных колонн.

Известно устройство для создания вибрационных колебаний при цементировании обсадных колонн, состоящее из попарно расположенных зубчатых колес, прижатых к стенке обсадной колонны пружинами, а с помощью рычагов и стержня к продавочной пробке. Однако устройство малоэффективно для создания виброволн, поскольку слабы удары зубьев колес по телу трубы. [1]

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для цементирования колонн, включающее продавочную пробку с ударным механизмом и кольцевые мембраны. Ударный механизм в известном устройстве выполнен в виде цилиндра с упорным диском в нижней части, жесткой втулкой в верхней части, жесткой втулкой в верхней части и пакетом кольцевых упругих элементов между ними. При движении пробки по колонне втулка достигает мембраны, происходит кратковременная остановка, создается избыточное давление, при котором мембрана разрушается, возникает гидроудар, позволяющий повысить качество цементирования [2]

Однако при цементировании обсадной колонны с помощью известного устройства ее необходимо заранее оснастить сегментными кольцевыми мембранами, что связано с определенными затруднениями. Кроме того, при разрушении упомянутых мембран происходит засорение скважины их обломками.

Еще одним недостатком известного устройства является ограниченная возможность давления гидроудара.

Таким образом, упрощение технологии крепления скважины, связанной с предварительной оснасткой обсадной колонны срезными сегментными мембранами, а также расширение эксплуатационных возможностей устройства это проблема, которая может быть решена предлагаемым изобретением.

Суть изобретения состоит в том, что в устройстве для цементирования обсадных колонн, включающем продавочную пробку с ударным механизмом, согласно изобретению продавочная пробка снабжена стержнем, а ударный механизм выполнен в виде жестко насаженного на стержень ствола, на нижнем конце которого размещена обойма с запорным приспособлением, выполненная с возможностью скольжения по стволу, а на верхнем ограничитель с упругим элементом, взаимосвязанным с обоймой, при этом в верхней части ствола размещен ключ запорного приспособления.

Целесообразно запорное приспособление выполнить в виде прикрепленного к обойме подпружиненного коромысла с собачкой.

Кроме того, ключ запорного приспособления может быть выполнен в виде трапецеидальной шайбы, а ограничитель и ключ могут быть размещены на стволе с возможностью изменения места установки.

Выполненные ударного механизма в виде жестко связанного с пробкой ствола, на котором размещена скользящая по нему обойма с запорным приспособлением, взаимосвязанная с упругим элементом, позволяет при движении устройства в колонне труб создать серию гидравлических ударов за счет изменения скорости потока при стопорении ударного механизма и за счет упругой потенциальной энергии при освобождении запорного приспособления, которые существенно повышают качество цементирования без дополнительной оснастки колонны кольцевыми мембранами, что значительно упрощает технологию крепления скважины в целом по сравнению с технологией крепления с применением прототипа.

Выполнение запорного приспособления в виде подпружиненного коромысла с собачкой обеспечивает периодическое стопорение ударного механизма за счет естественного межтрубного зазора в муфте обсадной колонны.

Выполнение ключа запорного приспособления и ограничителя с возможностью изменения места установки на стволе позволяет регулировать величину упругой потенциальной энергии путем изменения длины (массы) упругого элемента (пружины), а также степень его сжатия и в конечном итоге расширить эксплуатационные возможности устройства.

Таким образом, сравнение с прототипом показывает, что в предлагаемом устройстве ударный механизм имеет новую форму выполнения, что свидетельствует критерия "новизна" в предлагаемом изобретении.

Поиск по отличительным признакам не выявил аналогов, поэтому можно сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия".

На прилагаемом чертеже представлено устройство, продольный разрез.

Устройство для цементирования обсадных колонн включает продавочную пробку 1, снабженную стержнем 2, жестко соединенным со стволом 3. На нижнем конце ствола 3 установлена с возможностью скольжения по нему трехлепестковая обойма 4 с запорным приспособлением, выполненным в виде коромысла 5 с собачкой 6 и кромкой 7. Коромысло укреплено на оси 8 и прижато к стенке обсадной трубы 9 пружиной 10. Межтрубный зазор 11 обсадной колонны труб является естественным углублением для захода собачки 6 при ее срабатывании. На верхнем конце ствола 3 установлены ограничитель 12 и ключ 13 запорного приспособления в виде трапецеидальной шайбы. Между обоймой 4 и ограничителем 12 размещена пружина 14. Ограничитель 12 и ключ 13 запорного приспособления установлены на стволе посредством штифтов 15 на расстоянии друг от друга в зависимости от жесткости пружины и необходимой упругой потенциальной энергии.

Устройство работает следующим образом.

После закачивания тампонажного раствора в обсадную колонну 9 устройство продавливается аналогично продавочной пробке при обычной технологии цементирования. При движении в гладкой трубе пружина 14 находится в свободном состоянии и устройство перемещается в колонне труб со скоростью продавочной жидкости. В момент достижения коромыслом 5 запорного приспособления межтрубного зазора 11, собачка 6 коромысла под воздействием пружины 10 заходит в упомянутый зазор и цепляется за торец нижеследующей трубы. При этом возникает гидроудар.

В это время продолжается закачивание продавочной жидкости и пробка 1, двигаясь вниз, увлекает за собой ствол 3. При этом скользящая по стволу обойма 4 сжимает пружину 14. Когда ключ 13 запорного приспособления доходит до кромки 7 коромысла 5, он отжимает коромысло и собачка 6 выходит из зазора 11. Происходит высвобождение упругой потенциальной энергии и пробка 1 получает резкий удар обоймой 4.

Цикл повторяется через каждые 10 12 м с частотой, зависящей от скорости продавливания (до 2 гц в начале продавливания и 0,5 гц в конце).

Кроме того, отраженные волны от забоя и обратно от пробки устройства представляют собой целый спектр частот с различными амплитудами в режиме затухания.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет существенно повысить качество и долговечность крепи за счет улучшения вытеснения глинистого раствора тампонажным, за счет удаления рыхлой и уплотнения оставшейся части глинистой корки, за счет сокращения сроков схватывания тампожного раствора и повышения механической прочности камня вследствие активации тампонажного раствора.