устройство для цементирования хвостовика в скважине

Формула изобретения

1. Устройство для цементирования хвостовика в скважине, включающее телескопически установленные внутренний и внешний корпусы, седло с клапаном, при этом в нижней части внешнего корпуса выполнены окна, отличающееся тем, что внутренний корпус выполнен полым, оснащен штифтами и установленным на наружной поверхности клапаном в виде заглушки выше седла, которое зафиксировано на внутренней поверхности внешнего корпуса разрушаемым элементом и оснащено срезаемыми пальцами и пружинным кольцом снаружи внизу, причем клапан и седло выполнены с возможностью взаимодействия в рабочем положении и фиксации относительно другу друга пружинным кольцом, при этом внешний корпус на наружной поверхности, на которой выполнены осевые пазы под пальцы седла, оснащен дополнительно выше окон пакером в виде эластичного рукава, зафиксированного снизу относительно наружного корпуса и армированного изнутри гильзой, технологической втулки, соединенной с пальцами седла и выполненной с возможностью фиксации относительно внешнего корпуса и взаимодействия снизу с гильзой, при этом наружный корпус сверху соединен левой резьбой с переводником, на внутренней поверхности которого выполнены снизу пазы, причем в исходном положении внутренний корпус соединен с переводником замковым механизмом, а штифты внутреннего корпуса состыкованы с пазами переводника, причем длина гильзы меньше двух длин эластичного рукава.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что замковый механизм выполнен в виде втулки, в исходном положении зафиксированной относительно внутреннего корпуса срезным винтом и взаимодействующей сверху с переводником.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к строительству и ремонту скважин.

Известно разъединительное устройство (патент RU №2136840 МПК 7 Е 21 В 17/06, 43/10, опубл. бюл. №25 от 10.09.1999 г.), включающее выполненные с возможностью телескопического взаимодействия между собой внутренний и наружный корпуса с шариковым фиксатором между ними, седло, выполненное с возможностью телескопического взаимодействия с внутренним корпусом и шариковым фиксатором, при этом устройство снабжено установочным патрубком, а седло снабжено кольцевым стопорным кольцом и выполнено с возможностью дополнительного телескопического взаимодействия с наружным корпусом.

Недостатком данного устройства является низкая надежность его в работе, связанная:

во-первых, со слабым зацепом шариковых фиксаторов при цементировании достаточно длинных хвостовиков, имеющих большой вес, поскольку преждевременное срабатывание шариковых фиксаторов может привести к возникновению аварийной ситуации на скважине;

во-вторых, с тем, что при продавливании цементировочной пробки возможно проскальзывание ее через стоп кольцо и, как следствие, нарушение технологии цементирования хвостовика;

в-третьих, использование цементировочной пробки осложняет конструкцию устьевой арматуры.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является разъединительное устройство для цементирования хвостовиков с опорой на забой (патент RU №2149252 МПК 7 Е 21 В 17/06, 43/10, опубл. бюл. №14 от 20.05.2000 г.), включающее выполненные с возможностью телескопического взаимодействия между собой внутренний и наружный корпуса с шариковым фиксатором между ними, седло, выполненное с возможностью телескопического взаимодействия с внутренним корпусом и шариковым фиксатором, при этом в нижней части наружного корпуса выполнены окна, над которыми в проходном канале упомянутого корпуса выполнено седло под обратный клапан, взаимодействующий с внутренним корпусом, при этом в стенках внутреннего корпуса выполнены обводные каналы, сообщающиеся с наружным пространством через проходной канал седла и окна наружного корпуса.

Указанному устройству в той или другой степени присущи все недостатки, отмеченные выше. Кроме того, оно сложное по конструкции, что обусловлено большим количеством деталей, а невыполнение жестких требований при изготовлении и сборке снижает надежность работы устройства.

Задачей изобретения является упрощение конструкции устройства и повышение надежности его работы независимо от длины и веса хвостовика, а также исключение продавочной пробки из технологического процесса при цементировании хвостовика в скважине.

Указанная задача решается устройством для цементирования хвостовика в скважине, включающим телескопически установленные внутренний и наружный корпуса, седло с клапаном, при этом в нижней части наружного корпуса выполнены окна.

Новым является то, что внутренний корпус выполнен полым, оснащен штифтами и установленным на наружной поверхности клапаном в виде заглушки выше седла, которое зафиксировано на внутренней поверхности внешнего корпуса разрушаемым элементом и оснащено срезаемыми пальцами и пружинным кольцом снаружи внизу, причем клапан и седло выполнены с возможностью взаимодействия в рабочем положении и фиксации относительно другу друга пружинным кольцом, при этом внешний корпус на наружной поверхности, на которой выполнены осевые пазы под пальцы седла, оснащен дополнительно снизу вверх выше окон пакером в виде эластичного рукава, зафиксированного снизу относительно наружного корпуса и армированного изнутри гильзой, технологической втулкой, соединенной с пальцами седла и выполненной с возможностью фиксации относительно внешнего корпуса и взаимодействия снизу с гильзой, при этом наружный корпус сверху соединен левой резьбой с переводником, на внутренней поверхности которого выполнены снизу пазы, причем в исходном положении внутренний корпус соединен с переводником замковым механизмом, а штифты внутреннего корпуса состыкованы с пазами переводника, причем длина гильзы меньше двух длин эластичного рукава.

Новым также является то, что замковый механизм выполнен в виде втулки, в исходном положении зафиксированной относительно внутреннего корпуса срезным винтом и взаимодействующей сверху с переводником.

На чертеже изображено предлагаемое устройство для цементирования хвостовика в скважине в продольном разрезе.

Устройство для цементирования хвостовика 1 (см. чертеж) в скважине включает телескопически установленные внутренний 2 и наружный 3 корпусы. В нижней части наружного корпуса 3 выполнены окна 4.

Внутренний корпус 2 выполнен полым и оснащен шлицами 5. На наружной поверхности внутреннего корпуса 3 установлен клапан 6, выполненный в виде заглушки выше седла 7, которое зафиксировано на внутренней поверхности наружного корпуса 3 разрушаемым элементом 8. Седло 7 оснащено срезаемыми пальцами 9 и пружинным кольцом 10 снаружи внизу. Клапан 6 и седло 7 выполнены с возможностью взаимодействия между собой в рабочем положении и фиксации относительно другу друга пружинным кольцом 10, установленным снизу на наружной поверхности клапана 6.

Наружный корпус 3, на наружной поверхности которого выполнены осевые пазы 11 под пальцы 9 седла 7, оснащен дополнительно снизу вверх выше окон 4 пакером 12 в виде эластичного рукава 13, зафиксированного снизу относительно наружного корпуса 3 и армированного изнутри гильзой 14, выполненной с продольными рассечениями от центра.

Верхний конец гильзы 14 закреплен на наружной поверхности наружного корпуса 3 технологической втулкой 15. Технологическая втулка 15 соединена со срезаемыми пальцами 9 седла 7, вставленными с возможностью ограниченного осевого перемещения в осевые пазы 11 наружного корпуса 3. Технологическая втулка 15 имеет возможность фиксации относительно наружного корпуса 3 посредством разрезного стопорного кольца 16, установленного во внутренней проточке 17 технологической втулки 15 с кольцевыми зубчатыми насечками 18, выполненными на наружной поверхности наружного корпуса 3. Технологическая втулка 15 при перемещении вниз взаимодействует сверху с гильзой 14.

Наружный корпус 3 сверху снабжен промежуточной муфтой 19, посредством которой он соединен с хвостовиком 1, который в свою очередь сверху снабжен муфтой 20, которая с помощью левой резьбы 21 соединена с переводником 22. На внутренней поверхности переводника 22 снизу выполнены пазы 23. В исходном положении внутренний корпус 2 соединен с переводником 22 замкового механизма 24, а шлицы 5 внутреннего корпуса 2 состыкованы с пазами 23 переводника 22.

Замковый механизм 24 выполнен в виде втулки 25. В исходном положении втулка 25 зафиксирована относительно внутреннего корпуса 2 срезным винтом 26 и взаимодействует сверху с переводником 22. Несанкционированные перетоки жидкости исключаются уплотнительными кольцами 27, 28.

Устройство работает следующим образом.

На наружный корпус 3 сверху наворачивают промежуточную муфту 19, затем сверху в нее вворачивают нижнюю трубу хвостовика 1. После этого, с замером длины спускаемых в скважину труб, наращивают хвостовик 1 до необходимой длины. Затем на устье скважины (не показано) на верхнюю обсадную трубу хвостовика 1 наворачивают муфту 20 с левой резьбой 21 и устанавливают собранную конструкцию на элеватор. Далее в собранную конструкцию спускают с замером длины внутренний корпус 2, состоящий из колонны труб, при этом клапан 6 устанавливают в составе внутреннего корпуса 2 на 4-5 метров выше седла 7, установленного на внутренней поверхности наружного корпуса 3, при этом нижняя кромка внутреннего корпуса 2 должна находиться не менее 6 метров выше нижней кромки наружного корпуса 3.

После наращивания внутреннего корпуса 2 сверху в него устанавливают шлицы 5, которые затем состыковывают с пазами 23 переводника 22 замкового механизма 24, выполненного в виде втулки 25, которая исходном положении зафиксирована относительно внутреннего корпуса 2 срезным винтом 26 и взаимодействует сверху с переводником 22. Далее вворачивают переводник 22 в левую резьбу 21 муфты 20.

Снимают с устья скважины элеватор и с помощью колонны насосно-компрессорных труб (НКТ) (не показано) спускают устройство до упора на забой скважины или предварительно установленный цементный мост, выполняющий роль опоры (не показано). Затем отворачивают переводник 22 замкового механизма 24, а следовательно, и соединенный с ним внутренний корпус 2 с левой резьбы 21 муфты 20 наружного корпуса 3 путем вращением колонны НКТ по часовой стрелке с устья скважины. Вращение на переводник 22 передается посредством шлицов 5, установленных во внутреннем корпусе 2 и пазах 23 переводника 22, при этом нижняя часть наружного корпуса 3, благодаря разгрузке устройства на забой скважины или цементный мост, фиксирует наружный корпус 3 и хвостовик 1 от проворота.

Для того чтобы убедиться в том, что переводник 22 отсоединился от муфты 20, приподнимают внутренний корпус 2, соединенный посредством замкового механизма 24 с колонной НКТ вверх на 1-3 метра, об этом свидетельствует падение нагрузки на индикаторе веса (потеря веса хвостовика 1 и наружного корпуса 3), установленного на устье скважины (не показано).

Затем начинают опускать колонну НКТ, соединенную посредством замкового механизма 24 с внутренним корпусом 2, вниз. В определенный момент замковый механизм 24 своим переводником 22 вступит во взаимодействие с левой резьбой 21 муфты 20. После чего разгружают колонну НКТ на переводник 22 замкового механизма 24, достигнув расчетной нагрузки, при этом разрушается срезной винт 26 втулки 25. В результате этого внутренний корпус 2, соединенный с колонной НКТ, опускается вниз, а замковый механизм 24 остается на месте, при этом втулка 25 остается во взаимодействии с переводником 22. Спуск внутреннего корпуса 2, соединенного с колонной НКТ, продолжают до тех пор, пока клапан 6, установленный в составе внутреннего корпуса 2, герметично не сядет на седло 7 наружного корпуса 3, при этом произойдет их взаимная фиксация посредством пружинного кольца 10. Это происходит за счет разгрузки колонны НКТ с внутренним корпусом 2 и клапаном 6 на седло 7 наружного корпуса 3 примерно на 10-20 кН). Далее закачивают в колонну НКТ расчетный объем цементного раствора и продавливают его с помощью жидкости-продавки через окна 4 наружного корпуса 3 в наружное пространство (не показано). При этом расчетный объем цементного раствора, продавленный в наружное пространство, поднимается вверх между хвостовиком 1 и внутренней стенкой скважины (не показано) до тех пор, пока не достигнет муфты 20. После этого вновь разгружают колонну НКТ с соединенным с ней внутренним корпусом 2 и клапаном 6 на седло 7 наружного корпуса 3. При расчетной нагрузке срезается разрушаемый элемент 8 и седло 7 под действием веса колонны НКТ и внутреннего корпуса 2, передающегося на него сверху посредством клапана 6, опускается вниз. Так как седло 7 соединено посредством срезаемых пальцев 9, вставленных с возможностью ограниченного осевого перемещения в осевые пазы 10 наружного корпуса 3, с технологической втулкой 15, то последняя также опускается вниз.

Технологическая втулка 15 при перемещении вниз воздействует сверху на гильзу 14. которой армирован изнутри пакер 12. Поскольку длина эластичного рукава 13 больше половины длины гильзы 14, а гильза 14 имеет продольные рассечения от центра, то она разгибается, принимая форму дуги и начинает запакеровывать эластичный рукав 13 пакера 12, который прижимается к внутренней стенке скважины.

Процесс запакеровки продолжается до тех пор, пока о нижнюю кромку осевых пазов 11 наружного корпуса 3 не разрушатся срезаемые пальцы 9, при этом разрезное стопорное кольцо 16, установленное во внутренней проточке 17 технологической втулки 15. зафиксируется в зубчатых насечках 18 наружного корпуса 3, а пакер 12 герметично отсечет межколонное пространство скважины (не показано).

Наличие пакера исключает обратное движение цементного раствора за счет веса столба цементного раствора. Далее прямой или обратной промывкой вымывают излишки цементного раствора из внутреннего пространства хвостовика 1 и наружного корпуса 3. После этого полностью извлекают колонну НКТ с внутренним корпусом 2 и зафиксированным относительно последнего посредством пружинного кольца 10 седлом 7 из скважины.

Предлагаемое устройство имеет простую конструкцию, позволяющую снизить материальные затраты на изготовление, а повышение надежности его работы связано с исключением шариковых фиксаторов из конструкции устройства и продавочной пробки из технологического процесса, что позволяет произвести цементировании хвостовика независимо от его длины и веса в любом интервале скважины.