устройство для цементирования хвостовика в скважине

Формула изобретения

Устройство для цементирования хвостовика в скважине, включающее верхний и нижний трубчатые корпуса с присоединительными резьбами, последний из которых снабжен пакерующим элементом, заякоривающий узел, фиксаторы и переводник, отличающийся тем, что пакерующий элемент размещен между двумя упорами, нижний из которых закреплен к корпусу жестко, а верхний установлен подвижно и выполнен с внутренней кольцевой выборкой, в которой размещен подпружиненный и фиксированный поршень, подпоршневая полость которого сообщена с внутритрубным пространством через отверстия корпуса и обратного клапана, хвостовая часть которого соединена с корпусом с помощью стопоров, размещенных в гнездах корпуса и прикрытых хвостовой частью подвижного седла, размещенного внутри обратного клапана, при этом заякоривающим узлом снабжен верхний трубчатый корпус, а плашки заякоривающего узла связаны с хвостовой частью узла крепления через отверстия корпуса срезаемым винтом.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к строительству и ремонту скважин с использованием цементируемых хвостовиков в вертикальных, наклонных и горизонтальных скважинах.

Известно устройство для установки хвостовика в скважине цементированием, которое после закачки цементного раствора расчетного объема отсоединяется от хвостовика и поднимается на поверхность ("Справочник инженера по бурению", том 2, под редакцией Мещевича В.И., Сидорова Н.А. - М.: Недра, 1973, с. 187, рис. XIX. 4). Оно содержит верхний и нижний телескопически соединенные корпуса, стопоры, размещенные в соответствующих гнездах корпусов, и фиксаторы.

Недостатком данного устройства является то, что при установке хвостовика цементированием выше уровня забоя скважины необходимо устанавливать цементный или песчаный мост, что требует дополнительных затрат, энергии, времени и трудовых ресурсов, с последующим разбуриванием этого моста.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для цементирования хвостовика в скважине (авт.св. N 1819986, кл. E 21 B 33/14, 07.06.1993, 8 с. ), включающее верхний и нижний трубчатые корпуса с присоединительными резьбами, последний из которых снабжен пакерующим элементом, заякаривающий узел, фиксаторы и переводник.

Недостатком данного устройства является его большая металлоемкость и трудоемкость изготовления и сборки, а также сложность технологического процесса его применения.

Задачей настоящего изобретения является создание устройства, простого в изготовлении и применении, что приведет к экономии материальных и трудовых ресурсов.

Поставленная задача решается описываемым устройством для цементирования хвостовика в скважине, включающим верхний и нижний трубчатые корпуса с присоединительными резьбами, последний из которых снабжен пакерующим элементом, заякаривающий узел, фиксаторы и переводник.

Новым является то, что пакерующий элемент размещен между двумя упорами, нижний из которых закреплен к корпусу жестко, а верхний установлен подвижно и выполнен с внутренней кольцевой выборкой, в которой размещен подпружиненный и фиксированный поршень, подпоршневая полость которого сообщена с внутритрубным пространством через отверстия корпуса и обратного клапана, хвостовая часть которого соединена с корпусом с помощью стопоров, размещенных в гнездах корпуса и прикрытых хвостовой частью подвижного седла, размещенного внутри обратного клапана, при этом заякоривающим узлом снабжен верхний трубчатый корпус, а плашки заякоривающего узла связаны с хвостовой частью узла крепления через отверстия корпуса срезаемым винтом.

Проведенные исследования из доступной патентной и научно-технической литературы по фондам института "ТатНИПИнефть" показали, что подобная совокупность существенных признаков в аналогичных устройствах не обнаружены, следовательно, можно полагать, что оно соответствует критерию "новизна", а также техническому и изобретательскому уровню.

Приведенные чертежи поясняют суть изобретения, где на фиг. 1 изображен нижний корпус с пакерующим элементом и стопорами в компоновке с цементируемым хвостовиком, в частичном продольном разрезе; на фиг. 2 - верхний корпус в компоновке с заякоривающим узлом и узлом крепления к колонне насосно-компрессорных труб, в продольном частичном разрезе.

Устройство для цементирования хвостовика в скважине содержит верхний и нижний трубчатые корпуса 1 и 2 соответственно с присоединительными резьбами 3. Нижний корпус снабжен пакерующим элементом 4, размещенным между двумя упорами, нижний 5 из которых к корпусу закреплен неподвижно, а верхний 6 установлен подвижно и выполнен с внутренней кольцевой выборкой 7, в которой размещен поджатый пружиной 8 поршень 9. Поршневая полость 10 в кольцевой выборке 7 сообщена с внутритрубным пространством 11 через отверстия 12 корпуса 2 и отверстия 13 хвостовой части обратного клапана 14, размещенного внутри этого корпуса. Хвостовая часть 15 седла 16 клапана 14 соединена с корпусом с помощью стопоров 17, выполненных в виде шаров. Обратный клапан может быть эквивалентно заменен другой деталью, например глухой пробкой. Стопоры 17 прикрыты хвостовой частью 18 подвижного седла 19, размещенного внутри хвостовой части 14, с целью удержания их от преждевременного выпадания. От преждевременного срабатывания поршня 9 последний зафиксирован на корпусе срезаемым винтом 20. Верхний корпус 1 также выполнен трубчатым и снабжен заякоривающим узлом, выполненным в виде плашек 21 с зубчатыми насечками 22 и конусов 23. Плашки от преждевременного срабатывания зафиксированы на конусах срезаемыми винтами 24. Плашки 21 через отверстия 25 корпуса 1 связаны с хвостовиком 26 узла крепления с помощью срезаемого винта 27 (см. фиг. 2).

Узел крепления предназначен для связывания корпуса 1 устройства с трубой колонны 28 НКТ, на которой спускают цементируемый хвостовик 29 после предварительного присоединения к его нижнему концу корпуса 2 с содержимыми элементами и присоединив корпус 1 к верхнему концу хвостовика.

Узел крепления выполнен в виде цанги 30 с зубчиками 31 и хвостовиком 26, зажимаемый гайкой 32.

Устройство работает следующим образом.

Нижний корпус 2 на устье скважины с установленными пакерующим элементом 4, клапаном 14, седлом 19 с хвостовой частью 18 в сборе присоединяется к нижнему концу цементируемого хвостовика 29 на резьбовом соединении 3. Затем хвостовик 29 спускают в скважину, и к верхнему концу хвостовика 29 присоединяют с помощью муфтового соединения верхний корпус 1 с узлами крепления и заякоривания в сборе, после чего через узел крепления в корпус 1 и далее в полость цементируемого хвостовика 29 спускают колонну 28 НКТ, предварительно снабдив низ переводником 33 (см. фиг. 1), через которое осуществляют соединение вращением колонны 28 НКТ с хвостовой частью 15 седла 16 клапана 14. После этого поворотом зажимной гайки сжимают цангу 30 и прикрепляют к колонне 28 НКТ (см. фиг. 2). Таким образом, хвостовик 29, снабженный описываемым оборудованием, готов к цементированию.

Затем всю конструкцию на колонне 28 НКТ спускают на необходимую глубину.

Далее производят цементирование хвостовика 29. Для этого в полость колонны НКТ 28 закачивают цементный раствор расчетного объема и продавливают разделительной пробкой 34. При этом в полости колонны НКТ давление повышается, которое через отверстия 13, 12 и подпоршневую полость 10 передается на поршень 9, благодаря чему верхний упор 6 приходит в движение, сжимая пакерующий элемент 4 до контакта со стенкой скважины. При полном сжатии пакерующего элемента 4 происходит фиксация упора 6 относительно корпуса 2 за счет зацепления пружинного кольца 35 с кольцевым пазом 36 корпуса. После достижения давления в полости НКТ расчетной величины винты 20 срезаются, поршень 9, поднимаясь вверх, отжимает пружину 8 и выходит за пределы кольцевой выборки 7, открывая тем самым доступ в затрубное пространство цементному раствору через отверстия 12 и 13. Происходит заполнение затрубного пространства скважины цементным раствором над пакерующим элементом 4. По достижении продавочной разделительной пробки 34 седла 19 последнее смещается вниз, освобождая стопоры 17 на выход в трубное пространство, происходит разъединение корпуса 2 и, следовательно, хвостовика 29 от хвостовой части 15 седла 16 клапана 14, т.е. от колонны 28 НКТ, которая связана с хвостовой частью 15 седла 16.

При движении седла 19 вниз оно своим телом закрывает отверстия 13, передача давления на поршень 9 из трубного пространства 11 прекращается, поршень возвращается в исходное положение под действием пружины 8, перекрывая переток цементного раствора из затрубья обратно в трубное пространство.

После отсоединения колонны НКТ от хвостовика последний под собственным весом перемещается вниз, при этом винты 24 срезаются, плашки, двигаясь по наклонной поверхности конуса 23 корпуса 1, заякоривают его и, следовательно, хвостовик 1 в скважине. Далее колонну 28 НКТ начинают поднимать вверх, вследствие чего винт 27 срезается, происходит отсоединение корпуса 1 и, следовательно, колонны НКТ от зацементированного хвостовика 29. При достижении отверстия 13 хвостовой части 15 седла 16 выше уровня хвостовика 29 производят вымывание излишка цементного раствора через указанные отверстия, после чего колонну НКТ поднимают на поверхность вместе с деталями 14, 15, 16, 19, 34, 33, 28, 30 и 32. На этом установка хвостовика цементированием в скважине заканчивается, и скважину сдают в эксплуатацию.

Технико-экономические преимущества изобретения заключаются в следующем.

Благодаря такой конструкции устройства значительно уменьшается металлоемкость конструкции, облегчается изготовление и сборка, а также упрощается технологический процесс, что в совокупности приводит к значительной экономии материальных и трудовых ресурсов.