устройство для ступенчатого цементирования обсадной колонны

Формула изобретения

1. Устройство для ступенчатого цементирования обсадной колонны, включающее корпус с циркуляционными отверстиями, устанавливаемое в составе обсадной колонны с башмаком и посадочным седлом, перекрывающую втулку, соединенную с корпусом срезными элементами и уплотнения, отличающееся тем, что циркуляционные отверстия в корпусе расположены над перекрывающей втулкой и снабжено пружинной втулкой с продольным на всю длину вырезом и с кольцевым выступом вовнутрь в нижней части, соединенной срезными элементами с перекрывающей втулкой в разомкнутом состоянии в радиальном направлении и взаимодействующей в рабочем положении с технологической втулкой, установленной в цилиндрической выборке башмака обсадной колонны над посадочным седлом, внутренний диаметр которой выбран под наружный диаметр плунжера с кольцевым уступом в верхней части, установленного на нижнем конце колонны насосно-компрессорных труб с уплотнениями и фиксирующим кольцом для взаимодействия с внутренней стенкой технологической втулки.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что механическая прочность срезных элементов, соединяющих перекрывающую и пружинную втулки, выше механической прочности срезных элементов, соединяющих перекрывающую втулку и корпус.

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.

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;

- давление разрыва обоймы, как правило, нестабильно;

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

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, включающее корпус с циркуляционными отверстиями, устанавливаемое в составе обсадной колонны с башмаком и посадочным седлом, перекрывающую втулку, соединенную с корпусом срезным элементом, и уплотнения [2].

Существенными недостатками известного устройства являются:

- необходимость разбуривания цементного камня в зоне устройства и перекрывающей втулки, что может привести к разгерметизации обсадной колонны, что удорожает и усложняет процесс цементирования;

- необходимость создания большого давления при перекрытии циркуляционных отверстий, что может привести к разрушению уплотнительных колец перекрывающей втулки о края отверстий и может вызвать разгерметизацию этого узла;

- цементирование осуществляется по обсадной колонне, что приведет к оставлению цементного раствора в стыках труб, его отверждению и последующему разрушению и осыпанию вовнутрь обсадной колонны со всеми вытекающими отсюда негативными последствиями.

Задачей изобретения является создание устройства для ступенчатого цементирования, обладающего повышенной надежностью и работоспособностью, обеспечивающего удешевление и упрощение процесса цементирования.

Указанная задача решается предлагаемым устройством, включающим корпус с циркуляционными отверстиями, устанавливаемыми в составе обсадной колонны с башмаком и посадочным седлом, перекрывающую втулку, соединенную с корпусом срезными элементами, и уплотнения.

Новым является то, что циркуляционные отверстия в корпусе расположены над перекрывающей втулкой, которая снабжена пружинной втулкой с продольным на всю длину вырезом и с кольцевым выступом вовнутрь в нижней части. Пружинная втулка соединена срезными элементами с перекрывающей втулкой в разомкнутом состоянии в радиальном направлении и взаимодействует в рабочем положении с технологической втулкой, установленной в цилиндрической выборке башмака обсадной колонны над посадочным седлом, внутренний диаметр которой выбран под наружный диаметр плунжера с кольцевым уступом в верхней части. Плунжер установлен на нижнем конце колонны насосно-компрессорных труб с уплотнениями и фиксирующим кольцом для взаимодействия с внутренней стенкой технологической втулки.

Новым также является то, что механическая прочность срезных элементов, соединяющих перекрывающую и пружинную втулки, выше механической прочности срезных элементов, соединяющих перекрывающую втулку и корпус.

На фиг.1 изображено предлагаемое устройство в транспортном положении.

На фиг.2 - то же самое в момент после закачки цементного раствора первой ступени.

На фиг.3 - то же самое в момент закачки цементного раствора второй ступени.

На фиг.4 - то же самое в момент обратной промывки после закачки цементного раствора второй ступени.

На фиг.5 - сечение по А-А фиг.1.

Устройство состоит из корпуса 1 (фиг.1) с циркуляционными отверстиями 2 в верхней части. Внутри корпуса установлена перекрывающая втулка 3, соединенная с ним срезными элементами 4. Во втулке 3 установлена пружинная втулка 5 с продольным на всю длину вырезом 6 (фиг.5) и с кольцевым выступом 7 внутрь в нижней части, соединенная срезными элементами 8 с втулкой 3 в разомкнутом состоянии в радиальном направлении. Механическая прочность срезных элементов 8, соединяющих втулки 3 и 5, выше механической прочности срезных элементов 4, соединяющих втулку 3 и корпус 1.

Пружинная втулка 5 в рабочем положении взаимодействует с технологической втулкой 9, установленной в цилиндрической выборке 10 башмака 11 обсадной колонны 12 над посадочным седлом 13. В сопрягаемых деталях устройства установлены уплотнения 14.

Устройство работает следующим образом.

Обсадную колонну, в составе которой установлено предлагаемое устройство, спускают в скважину до проектной глубины с таким расчетом, чтобы указанное устройство находилось выше кровли продуктивного пласта (~150-200 м). Затем вовнутрь обсадной колонны вводят колонну насосно-компрессорных труб 15 с плунжером 16 на конце с кольцевым уступом 17, фиксирующим кольцом 18 и уплотнениями 19. Насосно-компрессорные трубы опускают до тех пор, пока плунжер 16 не сядет в технологическую втулку 9. При этом фиксирующее кольцо 18 войдет в канавку 20 втулки 9. Оборудование готово к цементированию.

Расчетный объем цементного раствора первой ступени через НКТ 15 закачивают в заколонное пространство (фиг.2). После посадки продавочной пробки 21 в седло 13 и получения сигнала “стоп” НКТ приподнимают на одну трубу, втулка 9 выйдет из контакта с выборкой 10 и прямой промывкой через НКТ при закрытом межколонном пространстве удаляют цементный раствор, находящийся выше устройства. Затем НКТ приподнимают до уровня расположения устройства с таким расчетом, чтобы между втулками 7 и 9 оставался определенный зазор по высоте, и производят закачку цементного раствора второй ступени через НКТ при закрытом межтрубном пространстве (фиг.3). Оставив в НКТ порядка 100 л цементного раствора, последние приподнимают, при этом втулка 9 упрется во втулку 7 и при соответствующей нагрузке срезной элемент 4 разрушается и втулка 3 поднимается вверх до упора 22 корпуса 1 (фиг.4). При дальнейшем подъеме НКТ и соответствующем повышении нагрузки на втулку 7 разрушается срезной элемент 8, втулка 7 сжимается в радиальном направлении и не препятствует подъему НКТ. После этого обратной промывкой вымывают цементный раствор из НКТ и поднимают их на поверхность. Скважину оставляют на ОЗЦ.

Применение предлагаемого устройства позволит:

- исключить разбуривание как деталей устройства, так и цементного стакана в обсадной колонне, что упрощает и удешевляет процесс цементирования;

- исключает необходимость создания повышенного давления при перекрытии циркуляционных отверстий в корпусе, что повышает надежность и работоспособность устройства;

- исключает загрязнение внутренней поверхности обсадных труб цементным раствором, а это в значительной степени гарантирует в дальнейшем безаварийную эксплуатацию скважины.

Источники информации

1. Аналог - а.с. СССР № 1634861, МКИ Е 21 В 33/14,1991.

2. Прототип - патент РФ № 2074311, МКИ, 6 Е 21 В 33/13,1997.