устройство для цементирования обсадной колонны

Формула изобретения

Устройство для цементирования обсадной колонны, включающее «стоп-кольцо» в виде заглушенного снизу патрубка с уплотнительными элементами, продольными пазами и радиальными каналами с наружными кольцевым уступом вверху и конусной поверхностью внизу, телескопически к которому снаружи установлено опорное кольцо, присоединяемое герметично к обсадной колонне, снабженное штифтом, свободный конец которого входит в продольные пазы патрубка, и имеющее в нижнем торце конусную расточку, адекватную конусной поверхности патрубка, отличающееся тем, что между наружным кольцевым уступом патрубка и опорным кольцом установлена пружина сжатия, а продольные пазы выполнены несквозными в виде расположенных по периметру патрубка и направленных поочередно вверх и вниз соответственно верхних и нижних пазов, которые соединены фигурным пазом, позволяющим при возвратно-поступательном перемещении патрубка относительно опорного кольца свободному концу штифта последовательно находиться в каждом из продольных пазов, причем верхние пазы через один выполнены удлиненными вверх.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано при цементировании обсадных колонн.

Известен «Клапан для обсадной колонны» (авторское свидетельство SU №1812304, МПК 7 Е21В 34/10, 33/14, опубл. в бюл. №16 от 30.04.1993 г.), содержащий клапанное седло с осевыми отверстиями, тарелку с конической рабочей поверхностью, размещенной под седлом, подпружиненный шток, жестко соединенный с тарелкой, и срезной фиксатор, при этом клапан снабжен фильтром, выполненным в виде кольца и размещенным в нижней части седла осевого канала по внутренней его поверхности, причем подпружиненный шток выполнен со сквозным отверстием под срезной фиксатор, а клапанное седло в верхней части выполнено с отверстием, перпендикулярным к центральной оси седла и соосным сквозному отверстию подпружиненного штока, при этом тарелка выполнена с эластичным кольцом по центру рабочей конической поверхности, причем тарелка может быть выполнена из эластичного материала.

Недостатками данного клапана являются:

во-первых, сложность в изготовлении и обслуживании, большое количество деталей и, как следствие, высокая себестоимость;

во-вторых, низкая надежность перекрытия проходного канала.

Наиболее близким по технической сущности является «Устройство для цементирования обсадной колонны» (патент RU №2233966, МПК 7 Е21В 33/14, опубл. в бюл. №22 от 10.08.2004 г.), включающее корпус, установленное в нем «стоп-кольцо», уплотнения и разделительную пробку, при этом «стоп-кольцо» выполнено в виде заглушенного снизу патрубка с кольцевыми внутренним и наружным уступами вверху, продольными пазами и радиальными каналами, расположенными выше заглушенного участка патрубка, причем с наружной стороны упомянутого участка выполнена цилиндрическая расточка, в которой жестко установлено технологическое кольцо с наружной конусной поверхностью, малое основание конуса которого обращено вверх, а диаметр его равен наружному диаметру патрубка, напротив продольных пазов последнего телескопически установлено опорное кольцо, наружной стороной жестко соединенное с корпусом и снабженное срезными элементами, свободные концы которых взаимодействуют с продольными пазами патрубка, на нижнем торце опорного кольца со стороны внутренней поверхности выполнена конусная расточка, адекватная конусной поверхности технологического кольца.

Недостатками конструкции данного устройства являются:

во-первых, нет возможности принудительной посадки конической поверхности патрубка на коническую поверхность опорного кольца, что снижает герметичность при работе устройства;

во-вторых, невозможность опрессовки обсадной колонны перед ее цементированием без спуска дополнительного опрессовочного оборудования (например, пакера).

Технической задачей изобретения является повышение герметичности при работе устройства, а также возможность проведения опрессовки обсадной колонны в скважине непосредственно перед ее цементированием без спуска в обсадную колонну дополнительного опрессовочного оборудования.

Поставленная техническая задача решается устройством для цементирования обсадной колонны, включающим «стоп-кольцо» в виде заглушенного снизу патрубка с уплотнительными элементами, продольными пазами и радиальными каналами с наружными кольцевым уступом вверху и конусной поверхностью внизу, телескопически к которому снаружи установлено опорное кольцо, присоединяемое герметично к обсадной колонне, снабженное штифтом, свободный конец которого входит в продольные пазы патрубка, и имеющее в нижнем торце конусную расточку, адекватную конусной поверхности патрубка.

Новым является то, что между наружным кольцевым уступом патрубка и опорным кольцом установлена пружина сжатия, а продольные пазы выполнены несквозными в виде расположенных по периметру патрубка и направленных поочередно вверх и вниз соответственно верхних и нижних пазов, которые соединены фигурным пазом, позволяющим при возвратно-поступательном перемещении патрубка относительно опорного кольца свободному концу штифта последовательно находится в каждом из продольных пазов, причем верхние пазы через один выполнены удлиненными вверх.

На фигуре 1 изображено предлагаемое устройство в продольном разрезе.

На фигуре 2 изображена развертка продольных пазов.

Устройство для цементирования обсадной колонны состоит из «стоп-кольца», выполненного в виде заглушенного снизу патрубка 1 с продольными пазами 2 и радиальными каналами 3 с наружными кольцевым уступом 4 вверху и конусной поверхностью 5 внизу.

Телескопически к патрубку 1 снаружи установлено опорное кольцо 6, присоединяемое герметично к обсадной колонне 7 и снабженное штифтом 8, свободный конец 9 которого входит в продольные пазы 2 патрубка 1. Опорное кольцо 6 в нижнем торце имеет конусную расточку 10, адекватную конусной поверхности 5 патрубка 1.

Между наружным кольцевым уступом 4 патрубка 1 и опорным кольцом 6 установлена пружина сжатия 11. Продольные пазы 2 (см. фиг.2) выполнены несквозными в виде расположенных по периметру патрубка 1 и направленных поочередно вверх и вниз соответственно верхних 12 и 12 ' и нижних 13 пазов, которые соединены фигурным пазом 14, позволяющим при возвратно-поступательном перемещении патрубка 1 относительно опорного кольца 6 свободному концу 9 штифта 8 последовательно находиться в каждом из продольных пазов 2, причем верхние пазы 12 и 12' через один выполнены удлиненными вверх.

Необходимая герметичность при работе устройства обеспечивается уплотнительными элементами 15 и 16.

Устройство работает следующим образом.

Перед спуском устройства в скважину (не показано) устанавливают штифт 8 свободным концом 9 в нижний паз 13, при этом радиальные каналы 3 патрубка 1 перекрыты внутренней поверхностью опорного кольца 6.

Далее устройство в составе обсадной колонны 7 спускают в скважину. После спуска обсадной колонны 7 в скважину производят ее опрессовку. С этой целью обвязывают на устье скважины верхний конец обсадной колонны 7 с насосным агрегатом и емкостью с технологической жидкостью (не показано).

Доливают в обсадную колонну 7 технологическую жидкость и поднимают давление до намеченного опрессовкой, при этом пружина сжатия 11 сжимается и патрубок 1 совершает перемещение вниз относительно опорного кольца 6, причем штифт 8, находящийся свободным концом 9 в нижнем пазу 13 (см. фиг.2) продольного паза 2, перемещается через фигурный паз 14 в верхний паз 12 продольного паза 2. Производят выдержку по времени и сбрасывают давление в обсадной колонне 7 (см. фиг.1), при этом пружина сжатия 11 разжимается и патрубок 1 поднимается вверх относительно опорного кольца 6, при этом штифт 8 перемещается из верхнего паза 12 продольного паза 2 через фигурный паз 14 в нижний паз 13 продольного паза 2.

Убедившись в герметичности обсадной колонны 7 начинают ее цементирование.

Для этого закачивают в обсадную колонну 7 расчетное количество цементного раствора. Далее на устье скважины устанавливают в обсадную колонну 7 продавочную пробку (не показано).

Подачей продавочной жидкости в обсадную колонну 7 начинают продавку продавочной пробки, а значит цементного раствора, при этом цементный раствор под действием давления продавки продавочной пробки воздействует на заглушенный снизу торец патрубка 1, вследствие чего последний перемещается вниз относительно опорного кольца 6, при этом открываются радиальные каналы 3 патрубка 1, а штифт 8, находящийся свободным концом 9 в нижнем пазу 13 продольного паза 2, перемещается в удлиненный верхний паз 12', при этом цементный раствор сквозь радиальные каналы 3 патрубка 1 продавливается ниже устройства и через отверстия в башмачной трубе (не показано) обсадной колонны 7 поступает в заколонное пространство (не показано) скважины, по которому цементный раствор перемещается вверх.

Продавку цементного раствора в заколонное пространство скважины продолжают до тех пор, пока не произойдет резкое повышение давления на манометре насосного агрегата, закачивающего продавочную жидкость в обсадную колонну 7, что свидетельствует о том, что продавочная пробка своим нижним торцом уперлась в верхний торец патрубка 1. Давление продавки сбрасывают, при этом патрубок 1 за счет возвратной силы пружины сжатия 11 перемещается верх относительно опорного патрубка 6, при этом последний своей внутренней поверхностью герметично перекрывает радиальные каналы 3 патрубка 1, причем штифт 8 из удлиненного верхнего паза 12 продольного паза 2 опускается и попадает в нижний паз 13 продольного паза 2.

Процесс цементирования обсадной колонны 7 закончен. Далее скважину оставляют на ОЗЦ (ожидание затвердевания цемента).

Предлагаемое устройство для цементирования обсадной колонны позволяет повысить герметичность при работе устройства благодаря пружине сжатия, обеспечивающей принудительную посадку друг на друга конических поверхностей патрубка и опорного кольца, а проведение опрессовки обсадной колонны в скважине непосредственно перед ее цементированием, без спуска в обсадную колонну дополнительного опрессовочного оборудования, позволяет сократить общее время на строительство скважины, а значит сэкономить материальные и финансовые затраты.