устройство для ступенчатого цементирования обсадной колонны

Формула изобретения

Устройство для ступенчатого цементирования обсадной колонны, содержащее клапан-муфту, включающую корпус с радиальными каналами, кожух, надетый на корпус и образующий с ним полость, и обратный клапан, включающий запорный орган, отличающееся тем, что запорный орган обратного клапана представляет собой металлический цилиндр, нижний торец которого выполнен под конус, контактирующий с конусным торцом кожуха, а верхний торец подпружинен, в радиальных каналах установлены глухие полые заглушки, выступающие во внутрь корпуса с возможностью взаимодействия со срезным узлом, спускаемым в скважину на канате или кабеле и состоящим из штока с конусным наружным уступом в нижней части и соединенным сверху с утяжелителем и кабельной головкой, причем шток с наружной стороны выполнен с цилиндрической выборкой на большей части длины, в которой расположен кольцевой упор, зафиксированный срезными элементами, и установлена подвижная цанга с двухсторонним кольцевым упором на верхнем и односторонними наружными упорами на нижнем концах.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано при цементировании обсадных колонн в две стадии в нефтяных и газовых скважинах. Устройство может также найти применение и при вторичном вскрытии пластов.

Известна муфта для ступенчатого цементирования обсадной колонны, включающая корпус с циркуляционными отверстиями и установленными в них пробками, упор для закрывания втулки корпуса, посадочную втулку под разделительную пробку [1].

Недостатки устройства:

- внутреннее сечение муфты меньше внутреннего сечения обсадной колонны за счет заслонки, закрывающей циркуляционные отверстия;

- при разбуривании цементного камня внутри муфты возможна разгерметизация колонны за счет разрушения заслонки, выступающей во внутрь колонны.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее клапан-муфту, спускаемую в скважину в составе обсадной колонны, включающую корпус с радиальными каналами, кожух, надетый на корпус и образующий с ним полость, и обратный клапан, включающий запорный орган [2] .

Известное устройство обладает низкой эксплуатационной надежностью.

Ввиду того, что проходной канал клапана является небольшим, на обсадной колонне устанавливают несколько таких устройств. А поскольку запорный элемент клапана выполнен из упругодеформируемого материала, управление клапаном является трудноконтролируемым, возможно срабатывание одного клапана и несрабатывание другого или неодновременное их срабатывание, что ставит под сомнение эффективность и надежность проведения операции по закачке цементного раствора второй ступени и обеспечение надлежащего качества цементного камня за обсадной колонной.

Задачей изобретения является создание устройства, обладающего более высокой эксплуатационной надежностью и обеспечивающего гарантированную успешность проведения операции по закачке цементного раствора второй ступени.

Указанная задача решается предлагаемым устройством, содержащим клапан-муфту, включающую корпус с радиальными каналами, кожух, надетый на корпус и образующий с ним полость, и обратный клапан, включающий запорный орган.

Новым является то, что запорный орган обратного клапана представляет собой металлический цилиндр, нижний торец которого выполнен под конус, контактирующий с конусным торцом кожуха, а верхний торец подпружинен; в радиальных каналах установлены глухие полые заглушки, выступающие во внутрь корпуса с возможностью взаимодействия со срезным узлом, спускаемым в скважину на канате или кабеле и состоящим из штока с конусным наружным уступом в нижней части и соединенным сверху с утяжелителем и кабельной головкой, причем шток с наружной стороны выполнен с цилиндрической выборкой на большей части длины, в которой расположен кольцевой упор, зафиксированный срезными элементами, и установлена подвижная цанга с двухсторонним кольцевым упором на верхнем и односторонними наружными упорами на нижнем концах.

На фиг.1 изображен продольный разрез клапана-муфты, спущенной в скважину в составе обсадной колонны, и срезной узел в момент после закачки цементного раствора первой ступени;

на фиг.2 - момент закачки цементного раствора второй ступени.

Устройство состоит из клапана-муфты (фиг.1), включающей в себя корпус 1 с радиальными каналами 2, в которых установлены глухие полые заглушки 3, выступающие во внутрь корпуса и имеющие ослабленное сечение 4. На корпус надет кожух 5, верхний торец которого выполнен конусным и контактирует с конусной поверхностью нижнего торца запорного органа обратного клапана 6. Между верхним торцом запорного органа и упором 7 установлена пружина 8.

Срезной узел устройства содержит шток 9 с конусным наружным уступом 10 в нижней части, а верхней частью соединен с утяжелителем 11 (1-3 шт. насосно-компрессорных труб), который, в свою очередь, соединен с кабельной головкой 12. Шток 9 с наружной стороны выполнен с цилиндрической выборкой 13 на большей части длины, в которой расположен кольцевой упор 14, зафиксированный срезными элементами 14а, и установлена подвижная цанга 15, имеющая двухсторонний кольцевой упор 16 на верхнем и односторонние наружные упоры 17 на нижнем концах.

Работает устройство следующим образом.

Колонну обсадных труб 18 (фиг.1) с башмаком 19, цементировочным клапаном 20 и седлом 21 спускают в скважину до проектной глубины. В составе обсадной колонны установлен клапан-муфта, которая должна находиться выше кровли продуктивного пласта 22 (~150-200 м).

В осадную колонну закачивают расчетный объем цементного раствора первой ступени с применением разделительной пробки 23. После получения сигнала "Стоп" продавку цементного раствора прекращают и сразу же на канате или кабеле 24 во внутрь обсадной колонны спускают срезное устройство, которое, дойдя до глухих полых заглушек 3, останавливается. При этом нижние упоры 17 цанги 15 опустятся ниже глухих пробок 3, а верхний упор 16 наружной стороной сядет на них. Этот момент определяется по разгрузке кабеля. Затем делают натяжку кабеля, цанга 15 и шток 9 двигаются вверх до тех пор, пока цанга нижними упорами 17 не упрется снизу в глухие полые заглушки 3, шток продолжает двигаться вверх и входит своим наружным уступом 10 во внутрь цанги, а последняя своим внутренним кольцевым упором 16 упрется в кольцевой уступ 14 на штоке 9.

При дальнейшем натяжении кабеля происходит разрушение заглушек, которое осуществляется при нагрузке не более 3 тс, при этом происходит резкое снижение нагрузки на кабель, после чего срезной узел поднимают на поверхность и производят промывку затрубного пространства выше клапана-муфты с целью удаления излишнего цементного раствора. После ожидания затвердевания цемента (ОЗЦ) в скважину спускают колонну насосно-компрессорных труб (НКТ) 25 до клапана-муфты (фиг. 2). Затем герметизируют устье и закачивают через клапан-муфту расчетный объем цементного раствора второй ступени. После прекращения продавки обратный клапан 6 надежно перекрывает затрубное пространство. Обратной или прямой промывкой удаляют излишки цементного раствора из обсадной колонны, извлекают НКТ и оставляют скважину ОЗЦ.

В случае, если полые заглушки не разрушились при нагрузке до 3 тс, при дальнейшем натяжении кабеля разрушаются срезные элементы 14а, удерживающие кольцевой упор 14, благодаря чему освобождается цанга 15, и предотвращается тем самым аварийная ситуация.

Применение в устройстве разрушаемых полых заглушек, подпружиненного металлического обратного клапана большой пропускной способности и срезного узла повышает надежность в работе в целом устройства и гарантирует высокое качество проведения операции по закачке цементного раствора второй ступени и цементного камня за обсадной колонной.

Источники информации

1. А.с. СССР 1694861, МКИ Е 21 В 33/14, 1991 (аналог).

2. Патент РФ 2029066, МКИ 6 Е 21 В 33/13, опублик. 20.02.1995 г. (прототип).