устройство для цементирования дополнительной обсадной колонны

Формула изобретения

1. Устройство для цементирования дополнительной обсадной колонны, содержащее герметизирующий узел, включающий корпус с радиальными каналами и зубчатыми насечками, пакер, установленный на корпусе и состоящий из эластичной манжеты, верхнего и нижнего упоров и стопорного кольца, заливочный узел, включающий корпус с радиальными каналами и башмак, шибер и шариковый фиксатор, отличающееся тем, что нижний упор пакера является подвижным и упирается в подвижный цилиндр, соединенный с корпусом срезными элементами, внутри которого расположена установочная втулка, соединенная с ним срезными элементами и имеющая кольцевую расточку на нижнем торце, герметизирующий узел снабжен муфтой, соединенной с корпусом, в которой выполнены радиальные каналы и кольцевая выборка, причем внутренний диаметр муфты над выборкой несколько меньше внутреннего диаметра муфты под выборкой, шибер установлен в герметизирующем узле напротив радиальных каналов и кольцевой выборки муфты и снабжен гнездами, в которых находится шариковый фиксатор, взаимодействующий с кольцевой выборкой в муфте, башмак заливочного узла снабжен кольцевыми расточками, причем верхняя из них выполнена под внутренний диаметр установочной втулки герметизирующего узла, а в нижней установлена втулка с коническим срезом в верхней части, соединенная с башмаком срезными элементами и имеющая в зоне конического среза стопорное кольцо, заливочный узел снабжен технологической муфтой, соединенной с одного конца с патрубком с радиальными каналами, а с другого - с корпусом, имеющей кольцевую выборку на наружной поверхности, взаимодействующую с шариковым фиксатором герметизирующего узла, и кольцевой конический уступ в верхней части.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что диаметр верхней кольцевой расточки башмака заливочного узла больше диаметра нижней кольцевой расточки.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что шибер снабжен разрушаемыми ограничителями, расположенными в его гнездах со стороны внутренней поверхности.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что внутренний диаметр шибера равен наружному диаметру технологической муфты заливочного узла.

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 эластичной манжеты, верхнего и нижнего упоров и стопорного кольца, радиальные каналы; заливочный узел, включающий корпус, радиальные каналы и башмак; шибер и шариковый фиксатор [2].

Указанному устройству в той ли иной степени присущи все недостатки, отмеченные выше. Кроме того, оно сложное по конструкции, а использование замковой конической резьбы не позволяет обеспечить герметичное соединение между насосно-компрессорными трубами (НКТ) и устройством.

Вызывает сомнение также надежность работы подпружиненного поршня. Дело в том, что при выходе из цилиндра уплотнительные кольца выдавливаются из канавок и при последующем его возвращении в исходное положение он не обеспечивает необходимой герметичности. Кроме того, применение продавочной пробки не гарантирует подъем расчетного объема цементного раствора до устья.

Задачей изобретения является создание устройства более простой конструкции, простого в изготовлении и применении и более надежного в части обеспечения герметизации в межколонном пространстве скважины.

Поставленная задача решается предлагаемым устройством, содержащим герметизирующий узел, включающий корпус с зубчатыми насечками, пакер, установленный на корпусе и состоящий из эластичной манжеты, верхнего и нижнего упоров и стопорного кольца, радиальные каналы; заливочный узел, включающий корпус, радиальные каналы и башмак; шибер и шариковый фиксатор.

Новым является то, что нижний упор пакера является подвижным и упирается в подвижный цилиндр, соединенный с корпусом срезными элементами, внутри которого расположена установочная втулка, соединенная с ним срезными элементами и имеющая кольцевую расточку на нижнем торце; герметизирующий узел снабжен муфтой, соединенной с корпусом, в которой выполнены радиальные каналы и кольцевая выборка, причем внутренний диаметр муфты над выборкой несколько меньше внутреннего диаметра муфты под выборкой; шибер установлен в герметизирующем узле напротив радиальных каналов и кольцевой выборки муфты и снабжен гнездами, в которых находится шариковый фиксатор, взаимодействующий с кольцевой выборкой в муфте; башмак заливочного узла снабжен кольцевыми расточками, причем верхняя из них выполнена под внутренний диаметр установочной втулки герметизирующего узла, а в нижней установлена втулка с коническим срезом в верхней части, соединенная с башмаком срезными элементами и имеющая в зоне конического среза стопорное кольцо; заливочный узел снабжен технологической муфтой, соединенной с одного конца с патрубком с радиальными каналами, а с другого - с корпусом, имеющей кольцевую выборку на наружной поверхности, взаимодействующую с шариковым фиксатором герметизирующего узла, и кольцевой конический уступ в верхней части.

Новым также является то, что:

- диаметр верхней кольцевой расточки башмака заливочного узла больше диаметра нижней кольцевой расточки;

- шибер снабжен разрушаемыми ограничителями, расположенными в его гнездах со стороны внутренней поверхности;

- внутренний диаметр шибера равен наружному диаметру технологической муфты заливочного узла.

На фиг.1 изображено предлагаемое устройство в продольном разрезе, спущенное в скважину, после процесса запакеровки;

на фиг.2 - то же, в момент окончания закачки цементного раствора в заколонное пространство дополнительной обсадной колонны.

Устройство состоит из герметизирующего узла (фиг.1), который включает в себя корпус 1 с зубчатыми насечками 2, установленный на корпусе пакер, содержащий эластичную манжету 3, верхний упор 4, нижний упор 5, в кольцевой расточке которого находится стопорное кольцо 6. В нижний упор 5 упирается подвижный цилиндр 7, соединенный с корпусом срезными элементами 8, с внутренней стороны которого расположена установочная втулка 9 с кольцевой расточкой 10 на нижнем торце, соединенная с цилиндром срезными элементами 11. Верхняя часть корпуса соединена с муфтой 12, снабженной радиальными каналами 13 и кольцевой выборкой 14, напротив которых установлен шибер 15 с гнездами 16 с расположенным в них шариковым фиксатором 17, взаимодействующим с кольцевой выборкой 14 муфты 12. Муфта и шибер соединены между собой срезными элементами 18. В гнездах 16 со стороны внутренней поверхности шибера имеются разрушаемые ограничители 19.

Герметизирующий узел используется в комплексе с заливочным узлом, состоящим из корпуса 20, снабженного башмаком 21, выполненного с кольцевыми расточками, причем верхняя из них 22 имеет диаметр, равный внутреннему диаметру установочной втулки 9 герметизирующего узла, а в нижней 23 установлена втулка 24 с коническим срезом в верхней части, соединенная с башмаком 21 срезными элементами 25 и имеющая в зоне конического среза стопорное кольцо 26. Корпус 20 в верхней части соединен с технологической муфтой 27, а она, в свою очередь, - с патрубком 28 с радиальными каналами 29. Муфта 27 выполнена с кольцевой выборкой 30 и кольцевым коническим уступом 31.

Сопрягаемые поверхности деталей снабжены уплотнениями 32.

Работает устройство следующим образом.

После исследования эксплуатационной колонны 33 (фиг.1) вовнутрь ее на дополнительной обсадной колонне 34 спускают герметизирующий узел устройства с таким расчетом, чтобы пакер оказался ниже нарушений в колонне 33, и герметично фиксируют фланец 35 на фланце 36 колонны 33. После чего в колонну 34 спускают на НКТ 37 заливочный узел до прохождения стопорным кольцом 26 установочной втулки 9. Затем колонну НКТ 37 приподнимают вверх, в результате чего стопорное кольцо 26 упирается в кольцевую расточку 10 втулки 9 и увлекает ее, и, следовательно, подвижный цилиндр 7 вверх за НКТ. А так как колонна 34 зафиксирована относительно колонны 33, происходит разрушение срезных элементов 8 и перемещение цилиндра 7 относительно корпуса 1. В результате эластичная манжета 3 пакера под действием упоров 4 и 5 сжимается, перекрывая межколонное пространство скважины. При этом стопорное кольцо 6, перескакивая по зубчатым насечкам 2, фиксирует цилиндр 7 относительно корпуса 1 в конечном верхнем положении.

После разрушения срезных элементов 11 установочная втулка 9 перемещается вверх до торца 38 корпуса 1, после чего усилие поднимают до разрушения срезных элементов 25, благодаря чему башмак 21 освобождается от втулки 24 и стопорного кольца 26. В этот момент резко снижается нагрузка на НКТ, о чем будет свидетельствовать индикатор веса на устье скважины. После этого НКТ опускают, сбивая при этом установочную втулку 9, втулку 24 со стопорным кольцом 26 на забой скважины. При этом технологическая муфта 27 входит в шибер 15, а ее кольцевая выборка 30 входит во взаимодействие с шариковым фиксатором 17. Под воздействием нагрузки от НКТ срезные элементы 18 разрушаются, а шибер 15 выдавливает шарики фиксатора 17 из кольцевой выборки 14 вовнутрь из положения Д, отмеченного на фиг.1, в положение ₂, продолжая при этом двигаться вниз до упора 39 шариками фиксатора, и открывает радиальные каналы 13 муфты 12. На устье скважины приборы опять фиксируют снижение веса колонны НКТ 37. Герметизируют межтрубное пространство между НКТ 37 и колонной 34, а затем по колонне НКТ через радиальные каналы 29 и 13 в межтрубное пространство между колоннами 33 и 34 закачивают цементный раствор до появления его на устье скважины (фиг.2). Колонну НКТ приподнимают, шибер 15 с шариковым фиксатором устанавливается на свое исходное место, т.е. напротив муфты 12, перекрывая радиальные каналы 13. Открывают межтрубное пространство между НКТ 37 и колонной 34 и вымывают излишки цементного раствора из НКТ. Затем колонну НКТ вместе с патрубком 28, муфтой 27, корпусом 20 и башмаком 21 извлекают на поверхность. При этом шибер 15 удерживается вверху муфты 12 герметизирующего узла за счет посадки в натяг в верхней части упомянутой муфты. После ожидания затвердевания цемента (ОЗЦ) в скважину спускают необходимое оборудование. В случае необходимости шибер 15 сбивают, при этом шарики фиксатора 17, разрушив ограничители 19, выпадают из гнезд шибера и вместе с ним падают на забой скважины.

Предлагаемое устройство позволяет:

- упростить конструкцию (содержит меньшее количество узлов и деталей) и, следовательно, упростить его изготовление и применение;

- упростить технологию запакеровки и цементирования межколонного пространства и обеспечить надежность проведения этих операций;

- обеспечить надежность герметизации в комплексе устройство - скважина.

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.