устройство для цементирования дополнительной обсадной колонны

Формула изобретения

1. Устройство для цементирования дополнительной обсадной колонны, содержащее герметизирующий узел, включающий корпус с зубчатыми насечками, пакер, установленный на корпусе, и состоящий из манжеты, верхнего упора, соединенного с переводником срезными элементами, нижнего упора и обратный клапан, заливочный узел, включающий корпус с установочной втулкой внутри и уплотнения, отличающееся тем, что корпусы герметизирующего и заливочного узлов соединены между собой по длине через посредство переводника и патрубка; корпус герметизирующего узла снабжен продольными пазами и подвижной втулкой, установленной внутри корпуса и соединенной срезными элементами с верхним упором пакера через продольные пазы, причем нижний упор пакера соединен срезными элементами с корпусом; заливочный узел снабжен сбивными клапанами, установленными в корпусе, а установочная втулка его выполнена с кольцевым наружным пазом под стопорное кольцо на корпусе, снабжен также опорной втулкой, расположенной внутри установочной втулки и соединенной срезными элементами с установочной втулкой и наконечником корпуса; сбивные клапаны установлены с возможностью взаимодействия с ниппелем, установленным на нижнем конце насосно-компрессорных труб, а внутренний диаметр опорной втулки выбран несколько меньше наружного диаметра муфты, соединяющей ниппель с насосно-компрессорными трубами.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что обратный клапан герметизирующего узла установлен в подвижной втулке.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что верхний упор пакера выполнен в виде клиновидного цилиндра.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к строительству и ремонту скважин, обсадные колонны которых пришли в негодность, в связи с чем требуется их полная замена.

Известно 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 [1].

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

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее герметизирующий узел, включающий корпус с зубчатыми насечками, пакер, установленный на корпусе и состоящий из манжеты, верхнего упора, соединенного с переводником срезным элементом, нижнего упора, и обратный клапан, заливочный узел, включающий корпус с установочной втулкой внутри [2] .

Указанному устройству в той или другой степени присущи все недостатки, отмеченные выше. Кроме того, оно сложное по конструкции, расположение заливочного узла внутри герметизирующего резко уменьшает проходное сечение устройства, а использование замковой конической резьбы не позволяет обеспечить герметичное соединение между насосно-компрессорными трубами (НКТ) и устройством. Вызывает сомнение также надежность работы подпружиненного поршня.

Задачей изобретения является создание устройства более простой конструкции, простого в изготовлении и применении, более надежного в работе и обеспечивающего упрощение технологии цементирования.

Поставленная задача решается предлагаемым устройством, содержащим герметизирующий узел, включающий корпус с зубчатыми насечками, пакер, установленный на корпусе и состоящий из манжеты, верхнего упора, соединенного с переводником срезными элементами, нижнего упора, и обратный клапан, заливочный узел, включающий корпус с установочной втулкой внутри.

Новым является то, что корпусы герметизирующего и заливочного узлов соединены между собой по длине через посредство переводника и патрубка; корпус герметизирующего узла снабжен продольными пазами и подвижной втулкой, установленной внутри корпуса и соединенной срезными элементами с верхним упором пакера через продольные пазы, причем нижний упор пакера соединен срезными элементами с корпусом; заливочный узел снабжен сбивными клапанами, установленными в корпусе, а установочная втулка его выполнена с кольцевым наружным пазом под стопорное кольцо на корпусе, снабжен также опорной втулкой, расположенной внутри установочной втулки и соединенной срезными элементами с установочной втулкой и наконечником корпуса; сбивные клапаны установлены с возможностью взаимодействия с ниппелем, установленным на нижнем конце насосно-компрессорных труб, а внутренний диаметр опорной втулки выбран несколько меньше наружного диаметра муфты, соединяющей ниппель с насосно-компрессорными трубами.

Новым также является то, что обратный клапан герметизирующего узла установлен в подвижной втулке, а верхний упор пакера выполнен в виде клиновидного цилиндра.

На фиг. 1 изображен герметизирующий узел устройства.

На фиг. 2 - заливочный узел устройства с введенным вовнутрь ниппелем на НКТ.

На фиг. 3 - оснастка устья скважины при цементировании дополнительной обсадной колонны.

Герметизирующий узел (фиг. 1) состоит из корпуса 1 с продольными пазами 2 и зубчатыми насечками 3. Телескопически к корпусу снаружи установлен пакер, включающий в себя нижний упор 4, соединенный с корпусом срезными элементами 5, эластичную манжету 6, клиновой наконечник 7, соединенный с верхним упором 8, выполненным в виде цилиндра с коническими и цилиндрическими поясами на наружной поверхности, который, в свою очередь, соединен с переводником 9 с помощью срезных элементов 10. Между наконечником 7 и нижним торцом верхнего упора 8 находится стопорное кольцо 11. Внутри корпуса 1 установлено подвижное седло 12, соединенное срезными элементами 13 с верхним упором 8 в зоне продольных пазов 2. В седле 12 расположен обратный клапан 14 с продольными пазами 15 и винтами 16, ограничивающими перемещение клапана в осевом направлении. На конце корпуса 1 навернут башмак 17 с конической внутренней поверхностью.

Герметизирующий узел посредством патрубка 18 и переводника 9 соединен с корпусом 19 заливочного узла, который, в свою очередь, соединен с наконечником 20. Внутри корпуса 19 установлены сбивные клапаны 21, установочная втулка 22 с кольцевым наружным пазом 23 под стопорное кольцо 24 на корпусе 19. Внутри установочной втулки 22 расположена опорная втулка 25, которая срезными элементами 26 и 27 соединена соответственно с установочной втулкой 22 и наконечником 20. Сопрягаемые поверхности узлов и деталей снабжены уплотнениями 28.

Работает устройство следующим образом.

Герметизирующий и заливочный узлы, соединенные вместе, на дополнительной обсадной колонне 29 спускают в скважину и устанавливают на неизношенном участке эксплуатационной колонны с неразрушенным заколонным цементным кольцом, подтвержденным геофизическими исследованиями.

Вовнутрь колонны 29 спускают колонну НКТ 30, снабженную на конце ниппелем 31, соединенным с НКТ муфтой 32, наружный диаметр которой несколько больше внутреннего диаметра опорной втулки 25, и герметизируют устье скважины с помощью устройства, изображенного на фиг. 3, где 29 - дополнительная обсадная колонна, 30 - колонна НКТ, 33 - опорный переводник, 34, 35 - шайбы, 36 - манжета, 37 - опорный фланец, 38 - эксплуатационная колонна, 39 - задвижка для проведения операций по промывке скважины в процессе монтажа и цементирования дополнительной обсадной колонны.

Внутри НКТ 30 создают избыточное давление, под действием которого подвижное седло 12 и соответственно верхний упор 8 пакера начинают перемещаться вниз, при этом разрушаются срезные элементы 10. Верхний упор пакера своей клиновой частью раздвигает манжету 6 и плотно прижимает ее к стенке эксплуатационной колонны 38. Процесс запакеровки продолжается до тех пор, пока давление в дополнительной обсадной колонне не достигнет расчетной величины и стопорное кольцо 11 не зацепится за зубчатые насечки 3 на корпусе. Процесс запакеровки окончен.

Циркуляцией проверяют герметичность посадки устройства.

При необходимости (в случае негерметичной посадки) устройство вместе с дополнительной обсадной колонной извлекают из скважины. Для этого делают натяжку дополнительной обсадной колонны, при этом срезные элементы 5 разрушаются, манжета 6 отходит от стенки эксплуатационной колонны.

После проверки герметичности посадки устройства начинают цементирование. Для этого продолжают спуск колонны НКТ 30 в дополнительную обсадную колонну 29. В определенный момент ниппель 31 садится на сбивные клапаны 21 и разрушает их, после чего происходит сообщение внутреннего и затрубного пространств дополнительной обсадной колонны.

Далее по колонне НКТ 30 через ниппель 31 и отверстия в сбивных клапанах 21 в межколонное пространство закачивают расчетный объем цементного раствора. Затем колонну НКТ спускают еще ниже, муфта 32 садится на опорную втулку 25, срезные элементы 27 разрушаются и НКТ вместе с установочной втулкой 22 опускаются вниз, перекрывая отверстия в сбивных клапанах, до посадки на торец патрубка 18, при этом кольцевая проточка 23 входит в стопорное кольцо 24. НКТ продолжают двигаться вниз, срезные элементы 26 разрушаются, после чего движение НКТ прекращают и вымывают остатки цементного раствора на поверхность. Далее колонну НКТ с ниппелем 31 полностью разгружают на седло 12 и при необходимости дополнительно создают избыточное давление до тех пор, пока не разрушатся срезные элементы 13 и седло 12 вместе с клапаном 14 упадут на забой скважины, о чем свидетельствует резкое падение давления на манометре насосного агрегата и появление веса колонны НКТ на гидравлическом индикаторе веса.

Опорная втулка 25, седло 12 и клапан 14 изготовлены из чугуна и, в случае необходимости, могут быть разбурены.

После ОЗЦ в скважину спускают необходимое оборудование и продолжают ее дальнейшую эксплуатацию.

Предлагаемое устройство проще по конструкции, чем известное, и, следовательно, проще в изготовлении и применении. Все используемые узлы и детали отличаются высокой надежностью в работе. Запакеровка и цементирование осуществляются при значительно меньших величинах давлений. Обеспечивается относительно большое проходное сечение в зоне устройства, что гарантирует успешность проведения процесса цементирования дополнительной обсадной колонны.

Источники информации

1. Аналог. А.с. 1819986, МКИ Е 21 В 33/14, 1993.

2. Прототип. Патент РФ 2161241, МКИ 7 Е 21 В 33/14, 2000.