муфта для ступенчатого цементирования обсадных колонн

Формула изобретения

Муфта для ступенчатого цементирования обсадных колонн, включающая корпус с боковыми циркуляционными отверстиями, верхнюю и нижнюю втулки, выполненные с возможностью перемещения и фиксации, продавочную и запорную разделительную пробки и перекрывающее устройство, выполненное в виде падающей пробки, отличающаяся тем, что верхняя втулка в нижней своей части снабжена разрезной диафрагмой, выполненной с возможностью отгиба и прижатия ее элементов к внутренней поверхности корпуса при прохождении через нее запорной разделительной пробки, а падающая пробка снабжена фиксатором и сердечником на срезных элементах, при этом циркуляционные отверстия закрыты пробками, а запорная разделительная пробка имеет больший посадочный натяг, чем продавочная, и выполнена с разрывной диафрагмой.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области бурения скважин, в частности к устройствам для их цементирования.

Известна муфта для ступенчатого цементирования обсадных колонн (а.с. 1006722, E 21 B 33/14, оп. 23.03.83), включающая корпус с боковыми циркуляционными отверстиями, верхнюю и нижнюю втулки, продавочную и запорную разделительную пробку и клапан с седлом и шаровым запорным элементом.

Недостатком известной муфты является наличие устройств (клапана и запорной пробки), подлежащих дальнейшему разбуриванию, что может привести к разгерметизации колонны и к нарушению цементного кольца в затрубном пространстве.

Известна муфта для ступенчатого цементирования обсадных колонн (а.с. 1099048, E 21 B 33/14, оп. 23.06.84), которая содержит корпус с кольцевыми проточками и циркуляционными отверстиями, срезные втулки, размещенные в корпусе, седла, установленные на пружинных кольцах с фиксаторами в каждой из втулок, и запорную разделительную пробку, продавочную пробку и перекрывающее устройство в виде падающей пробки. Известное устройство обеспечивает сохранение номинального внутреннего диаметра обсадной колонны без ее разбуривания, однако уже в процессе спуска обсадной колонны за счет вибрации или гидравлического сопротивления и трения седел о вязкопластичную жидкость возможно нарушение соединения седел с пружинными кольцами. Кроме того, разрезные пружинные кольца на стыках пропускают фильтрат цементного раствора, что может привести к образованию цементных пробок ниже перекрывающего устройства.

Все указанное свидетельствует о ненадежности работы известного устройства.

Таким образом возникла задача сконструировать такую муфту для ступенчатого цементирования скважин, которая при условии сохранения номинального внутреннего диаметра обсадной колонны по внутреннему сечению муфты обеспечивала бы высокую надежность работы устройства и простоту его изготовления.

Указанную задачу решает предлагаемая муфта для ступенчатого цементирования обсадных колонн, включающая корпус с боковыми циркуляционными отверстиями, верхнюю и нижнюю втулки, выполненные с возможностью перемещения и фиксации, продавочную и разделительную запорную пробки и перекрывающее устройство, выполненное в виде падающей пробки, в которой согласно изобретению верхняя втулка в нижней своей части снабжена разрезной диафрагмой, выполненной с возможностью изгиба и прижатия ее элементов к внутренней поверхности корпуса при прохождении через нее запорной разделительной пробки, а падающая пробка снабжена фиксатором и сердечником на срезных элементах, при этом циркуляционные отверстия закрыты пробками, а запорная разделительная пробка имеет больший посадочный натяг, чем продавочная, и выполнена с разрывной диафрагмой.

На фиг. 1 изображено устройство в исходном положении; на фиг. 2 - разрез А-А фиг. 1; на фиг. 3 - устройство в положении после окончания цементирования II ступени; на фиг. 4 - то же, в момент восстановления циркуляции под и над падающей пробкой.

Предлагаемое устройство состоит из корпуса 1, в котором имеются циркуляционные отверстия 2, закрытые цилиндрическими пробками 3 с уплотнением 4 и срезными тарированными шпильками 5, верхней втулки 6 с разрезной диафрагмой 7 в нижней ее части, прикрепленной к корпусу с помощью срезанных шпилек 8. В нижней части корпуса 1 имеется упор 9 под верхнюю втулку 6, а также заштифтованная в стационарной втулке 10 срезными шпильками 11 нижняя втулка 12 с посадочным седлом под падающую пробку 13 с заштифтованным срезными шпильками 14 сердечником 15 и замковой защелкой 16. Запорная разделительная пробка 17 имеет осевой канал, перекрытый разрывной диафрагмой 18. Внутри корпуса 1 размещена также продавочная пробка 19.

Устройство работает следующим образом. Затворяют, закачивают в скважину и продавливают глинистым раствором цементный раствор первой ступени продавочной пробкой 19, получают давление "стоп" первой ступени, затем повышают давление до заданного давления среза шпилек 5, пробка 3 выпадает и открывает циркуляционное отверстие 2, производится срезка излишков цементного раствора и вымывание его на устье скважины. Далее в скважину опускают падающую пробку 13 с заштифтованным срезной шпилькой 14 сердечником 15, который после посадки на седло нижней втулки 12 перекрывает внутреннее сечение обсадной колонны и фиксируется замковой защелкой 16. Затем затворяют, закачивают и продавливают в скважину запорной разделительной пробкой 17 цементный раствор второй ступени. При завершении операции пробка 17 садится на разрезную диафрагму 7 и при повышении давления до заданного срезаются шпильки 8 и верхняя втулка 6 закрывает заливочные отверстия 2 и упирается в упор 9 в корпусе 1. Дальнейшее повышение давления приводит к отгибанию и прижатию элементов разрезной диафрагмы 7 ниже упора 9 к корпусу 1 усилием гофр запорной разделительной пробки 17. Одновременно сердечник 15 разрывает диафрагму 18. В последующем после времени ОЗЦ (ожидания застывания цемента) спускают колонну насосно-компрессорных труб (НКТ), создают усилие на запорную разделительную пробку 17, при этом шпильки 14 и 11 срезаются, и сердечник 15 устремляется вверх по колонне НКТ с потоком жидкости, а подающую пробку 13 с верхней втулкой 12 и пробкой 17 продавливают вниз на забой скважины.

Предлагаемое изобретение позволяет проводить цементирование обсадных колонн с сохранением номинального внутреннего диаметра в муфте ступенчатого цементирования, равного внутреннему номинальному диаметру обсадных труб, что дает возможность отказаться от дополнительных операций по разбуриванию внутренних элементов устройства и тем самым упростить процесс цементирования, снизить его энергоемкость и сократить материальные затраты.