устройство для цементирования дополнительной обсадной колонны

Формула изобретения

Устройство для цементирования дополнительной обсадной колонны, содержащее герметизирующий узел, включающий корпус с зубчатыми насечками и муфтой вверху, в которой выполнены радиальные каналы и кольцевая выборка, причем внутренний диаметр муфты над выборкой несколько меньше внутреннего диаметра муфты под выборкой, пакер, установленный на корпусе и состоящий из эластичной манжеты, верхнего и нижнего упоров, один из которых выполнен подвижным и упирается в подвижный цилиндр со стопорным кольцом, соединенным с корпусом срезными элементами, причем подвижный упор соединен изнутри с установочной втулкой, заливочный узел, включающий корпус с технологической втулкой вверху, имеющей радиальные каналы выше упора, выполненного с возможностью взаимодействия с шибером, и башмаком внизу, шибер, установленный в герметизирующем узле напротив радиальных каналов и кольцевой выборки муфты герметизирующего узла и снабженный гнездами, в которых находится шариковый фиксатор, взаимодействующий с кольцевой выборкой в муфте, при этом башмак заливочного узла снабжен кольцевой расточкой, которая выполнена под внутренний диаметр установочной втулки герметизирующего узла, а диаметр технологической втулки заливочного узла под упором выполнен с возможностью герметичного взаимодействия с внутренним диаметром шибера и оснащен кольцевой выборкой под шариковый фиксатор, отличающееся тем, что верхний упор пакера выполнен подвижным, нижний упор пакера соединен срезными элементами с корпусом герметизирующего узла, корпус герметизирующего узла снабжен продольным пазом, герметично перекрытым верхним упором, при этом муфта герметизирующего узла сверху оснащена наружными центраторами, причем установочная втулка размещена в корпусе и оснащена при помощи срезных винтов вставкой, посредством которой через продольный паз корпуса герметизирующего узла соединена с верхним упором пакера, при этом в муфте герметизирующего узла на уровне радиальных каналов изнутри выполнена кольцевая проточка, выше радиальных каналов заливочного узла расположен дополнительный упор, выполненный с возможностью взаимодействия верхним торцом с муфтой герметизирующего узла и совмещения радиальных каналов заливочного узла с кольцевой выборкой муфты.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к строительству и ремонту скважин, обсадные колонны которых пришли в негодность.

Известно устройство для цементирования дополнительной обсадной колонны (патент РФ № 36429, опубл. в бюл. № 7 от 10.03.2004 года), содержащее герметизирующий узел, включающий корпус, пакер, установленный на корпусе и состоящий из манжеты, и обратный клапан, заливочный узел, включающий корпус с радиальными каналами и шибер, взаимодействующий с корпусом посредством шарикового фиксатора и уплотнения, отличающееся тем, что корпусы герметизирующего и заливочного узлов соединены между собой по длине посредством патрубка, а корпус герметизирующего узла сверху и снизу снабжен расширениями, при этом в нижнее расширение установлен обратный клапан, пропускающий снизу вверх, основание которого прикреплено к корпусу герметизирующего узла срезными винтами, а в верхнее расширение корпуса вставлен расширяющий конус с углом при вершине, достаточным для плотного прижатия патрубка к стенкам обсадной колонны, и с диаметром основания, меньшим внутреннего диаметра патрубка в рабочем положении и имеющим отверстие с седлом под сбрасываемый с устья клапан, при этом к расширяющему конусу жестко прикреплено самоуплотняющееся сверху вниз уплотнение, причем корпус более пластичен, чем трубы дополнительной обсадной колонны, при этом шибер заливочного узла соединен с корпусом срезными элементами, а его внутренний диаметр выбран под наружный диаметр ниппеля, установленного на нижнем конце насосно-компрессорных труб и снабженного конусным уступом и радиальными каналами в верхней части и кольцевой проточкой для взаимодействия с шариками фиксатора, при этом шибер заливочного узла выполнен с конусным уступом в верхней части для взаимодействия с конусным уступом ниппеля, причем корпус герметизирующего узла между верхними и нижними расширениями оснащен продольными гофрами, при этом расширяющий конус и корпус циркуляционного клапана выполнены из легко разбуриваемых материалов.

Недостатками данного устройства являются:

- во-первых, низкая надежность работы герметизирующего узла во время посадки пакерующего устройства, так как возможны пропуски жидкости через манжету и через отверстие расширяющего конуса при негерметичной посадке клапана на седло, особенно в загрязненных скважинах (из-за оседания и прилипания грязи на седло).

- во-вторых, требуется высокая точность изготовления угла при вершине расширяющего конуса, так как при невыполнении этого возможно заклинивание расширяющего конуса в гильзе в процессе дорнирования или негерметичная посадка герметизирующего узла.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для цементирования дополнительной обсадной колонны (патент РФ № 2233375, опубл. в бюл. № 20 от 27.07.2004 года), 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, при этом 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, имеющим кольцевую выборку на наружной поверхности, взаимодействующую с шариковым фиксатором герметизирующего узла, и кольцевой конический уступ в верхней части, при этом диаметр верхней кольцевой расточки башмака заливочного узла больше диаметра нижней кольцевой расточки, причем шибер снабжен разрушаемыми ограничителями, расположенными в его гнездах со стороны внутренней поверхности, при этом внутренний диаметр шибера равен наружному диаметру технологической муфты заливочного узла.

Недостатками данного устройства являются:

- во-первых, невозможно центрировать устройство и дополнительную колонну труб, на конце которой спускается данное устройство внутри изношенной колонны труб, в связи с чем происходит контакт наружной поверхности заливочного устройства и труб дополнительной колонны с внутренними стенками изношенной колонны труб, а это приводит к некачественному цементированию и преждевременной коррозии труб.

- во-вторых, не возможно извлечь устройство из скважины при негерметичной посадке герметизирующего узла устройства перед цементированием дополнительной обсадной колонны.

Задачей изобретения является создание устройства, позволяющего центрировать устройство и дополнительную колонну труб, на конце которой спускается данное устройство внутри изношенной колонны труб с возможностью извлечения устройства в случае негерметичной посадки пакера перед цементированием дополнительной обсадной колонны.

Поставленная задача решается устройством для цементирования дополнительной обсадной колонны, содержащим герметизирующий узел, включающий корпус с зубчатыми насечками и муфтой вверху, в которой выполнены радиальные каналы и кольцевая выборка, причем внутренний диаметр муфты над выборкой несколько меньше внутреннего диаметра муфты под выборкой, пакер, установленный на корпусе и состоящий из эластичной манжеты, верхнего и нижнего упоров, один из которых выполнен подвижным и упирается в подвижный цилиндр со стопорным кольцом, соединенным с корпусом срезными элементами, причем подвижный упор соединен изнутри с установочной втулкой, заливочный узел, включающий корпус с технологической втулкой вверху, имеющей радиальные каналы выше упора, выполненного с возможностью взаимодействия с шибером, и башмаком внизу, шибер, установленный в герметизирующем узле напротив радиальных каналов и кольцевой выборки муфты герметизирующего узла и снабженный гнездами, в которых находится шариковый фиксатор, взаимодействующий с кольцевой выборкой в муфте, при этом башмак заливочного узла снабжен кольцевой расточкой, которая выполнена под внутренний диаметр установочной втулки герметизирующего узла, а диаметр технологической втулки заливочного узла под упором выполнен с возможностью герметичного взаимодействия с внутренним диаметром шибера и оснащен кольцевой выборкой под шариковый фиксатор.

Новым является то, что верхний упор пакера выполнен подвижным, нижний упор пакера соединен срезными элементами с корпусом герметизирующего узла, корпус герметизирующего узла снабжен продольным пазом, герметично перекрытым верхним упором, при этом муфта герметизирующего узла сверху оснащена наружными центраторами, причем установочная втулка размещена в корпусе и оснащена при помощи срезных винтов вставкой, посредством которой через продольный паз корпуса герметизирующего узла соединена с верхним упором пакера, при этом в муфте герметизирующего узла на уровне радиальных каналов изнутри выполнена кольцевая проточка, выше радиальных каналов заливочного узла расположен дополнительный упор, выполненный с возможностью взаимодействия верхним торцом с муфтой герметизирующего узла и совмещения радиальных каналов заливочного узла с кольцевой выборкой муфты.

На фиг.1 изображена верхняя часть устройства для цементирования дополнительной обсадной колонны.

На фиг.2 изображена нижняя часть устройства для цементирования дополнительной обсадной колонны.

Устройство для цементирования дополнительной обсадной колонны (см. фиг.1 и 2), содержит герметизирующий узел 1 (см. фиг.2) включающий корпус 2 с зубчатыми насечками 3 и муфтой 4 вверху, в которой выполнены радиальные каналы 5 и кольцевая выборка 6.

Внутренний диаметр муфты 4 над выборкой 6 (см. фиг.1) несколько меньше внутреннего диаметра муфты под выборкой 6.

Пакер 7 установлен на корпусе 2 и состоит из эластичной манжеты 8, верхнего 9 и нижнего 10 упоров. Верхний упор 9 упирается в подвижный цилиндр 11 со стопорным кольцом 12, соединенный с корпусом 2 срезными элементами 13.

Устройство содержит также заливочный узел 14 (см. фиг.1), включающий корпус 15 (см. фиг.1) с технологической втулкой 16 вверху, имеющей радиальные каналы 17 выше упора 18, выполненного с возможностью взаимодействия с шибером 19, и башмаком 20 внизу.

Шибер 19 установлен в герметизирующем узле 1 напротив радиальных каналов 5 и кольцевой выборки 6 муфты 4 герметизирующего узла 1 и снабжен гнездами 21, в которых находится шариковый фиксатор 22, взаимодействующий с кольцевой выборкой 6 в муфте 4.

Башмак 20 (см. фиг.2) заливочного узла 14 снабжен кольцевой расточкой 23, которая выполнена под внутренний диаметр установочной втулки 24 герметизирующего узла 1.

Диаметр технологической втулки 16 (см. фиг.1) заливочного узла 14 под упором 18 выполнен с возможностью герметичного взаимодействия с помощью уплотнительного кольца 25 с внутренним диаметром шибера 19. Корпус 15 заливочного узла 14 оснащен кольцевой выборкой 26 под шариковый фиксатор 22.

Верхний упор 9 пакера 7 (см. фиг.2) выполнен подвижным и соединен изнутри с установочной втулкой 24.

Муфта 4 герметизирующего узла 1 оснащена наружными центраторами 27 (см.фиг.1). Корпус 2 герметизирующего узла 1 снабжен продольным пазом 28, герметично перекрытым верхним упором 9.

Установочная втулка 24 размещена в корпусе 2 и оснащена при помощи срезных винтов 29 вставкой 30, посредством которой через продольный паз 28 корпуса 2 герметизирующего узла 1 соединена с верхним упором 9 пакера 7.

В муфте 4 герметизирующего узла 1 на уровне радиальных каналов 5 изнутри выполнена кольцевая проточка 31.

Выше радиальных каналов 17 заливочного узла 14 расположен дополнительный упор 32, выполненный с возможностью взаимодействия верхним торцом 33 муфты 4 герметизирующего узла 1 и совмещения радиальных каналов 17 заливочного узла 14 с кольцевой выборкой 31 муфты 4.

Шибер 19 снабжен разрушаемыми ограничителями 34, расположенными в его гнездах 35.

Герметизирующий узел 1 используется в комплексе с заливочным узлом 14.

С целью исключения несанкционированных перетоков жидкости сопрягаемые поверхности снабжены уплотнительными элементами 36, 37, 38, 39, 40.

Устройство для цементирования дополнительной обсадной колонны работает следующим образом.

Перед началом работ с предлагаемым устройством восстанавливают герметичность изношенной колонны труб из расчета подъема цемента за дополнительной обсадной колонной (ДОК) 41 до устья скважины (на фиг.1 и 2 не показано).

Например, в изношенную 146-мм обсадную колонну труб можно спустить 114-мм безмуфтовую ДОК 41с последующим цементированием.

Перед спуском устройства в скважину ДОК 41 (см. фиг.1), на которой предполагается спускать данное устройство, оснащают центраторами 27, которые приваривают сваркой по периметру трубы ( на фиг.1 и 2 не показано), (например, центратор 27 состоит из четырех ребер).

Количество ребер, равное 4, является оптимальным с точки зрения качества цементирования и наличия каналов 42 между ребрами центратора 27 для прохождения жидкости, в том числе и цементного раствора. Количество труб, отобранных для установки на них центраторов 27, определяется кривизной скважины и устанавливается для каждой скважины индивидуально. Например, центраторы 27 привариваются на трубы дополнительной обсадной колонны, спускаемой в скважину через каждые 50 метров.

Герметизирующий узел 1 наворачивают на нижний конец ДОК 41 и спускают в изношенную обсадную колонну (на фиг.1 и 2 не показано) скважины.

Интервал установки устройства в скважине должен соответствовать тому, что пакер 7 должен находиться ниже нарушений изношенной обсадной колонны на неразрушенном участке изношенной обсадной колонны, подтвержденном геофизическими исследованиями, выше пласта (на фиг.1 и 2 не показано) на 10-15 метров.

Достигнув интервала установки устройства верхний конец ДОК 41 закрепляют на устье скважины, например на колонном фланце (на фиг.1 и 2 не показано).

Затем внутрь ДОК 41 на нижнем конце колонны насосно-компрессорных труб (НКТ) 43 спускают заливочный узел 14.

Спуск колонны НКТ 43 продолжают до тех пор, пока корпус 15 заливочного узла 14 своим башмаком 20 герметично не войдет внутрь установочной втулки 24 диаметром d₃ . После чего начинается разгрузка колонны НКТ 43, что отмечается на индикаторе веса (на фиг.1 и 2 не показано), установленном на устье скважины.

Начинают плавную разгрузку колонны НКТ до 70-80 кН на установочную втулку 24 герметизирующего узла 1, при этом вес колонны НКТ 43 предается через установочную втулку 24, срезные винты 29 вставку 30, установленную в продольном пазу 28 на подвижный верхний упор 9, при этом сначала разрушается срезной элемент 13, а затем под действием веса НКТ 43 подвижный цилиндр 11, стопорное кольцо 12, а также подвижный верхний упор 9 перемещаются вниз, причем подвижный верхний упор, перемещаясь вниз, сжимает эластичную манжету 8 пакера 7.

Эластичная манжета 8 пакера 7 выполнена сборной и состоит из резиновых и металлических колец, что позволяет регулировать длину эластичной манжеты 8 и произвести более качественную герметизацию. В процессе перемещения подвижного верхнего упора 9 вниз эластичная манжета 8 расширяется радиально наружу и герметично прижимается к внутренним стенкам изношенной обсадной колонны.

Перемещение вниз подвижного цилиндра 11, стопорного кольца 12, а также подвижного верхнего упора 9 под действием веса НКТ 43 происходит до тех пор, пока вставка 30 не упрется в нижний торец продольного паза 28, при этом стопорное кольцо 12 фиксируется на зубчатых насечках 3 корпуса 2 герметизирующего узла 1.

Далее производят полную разгрузку колонны НКТ 43 на установочную втулку 24, при этом разрушаются срезные винты 29.

Заполняют технологической жидкостью межколонное пространство между изношенной обсадной колонной и ДОК 41 до устья скважины и проверяют изменение уровня в межколонном пространстве. Если уровень в межколонном пространстве снижается, то это значит, что посадка пакера 7 не герметична. Тогда сначала извлекают из скважины колонну НКТ 43 с заливочным узлом, а затем поднимают вверх и ДОК 41, при этом в процессе натяжки вверх ДОК 41 сначала разрушаются срезные элементы 44 и нижний упор 10 перемещается вниз до взаимодействия с кольцом 45, в результате происходит освобождение эластичной манжеты 8 пакера 7 (резиновые кольца сжимаются радиально внутрь) от внутренних стенок изношенной обсадной колонны. После извлечения ДОК 41 из скважины производят ревизию герметизирующего узла 1 устройства и повторяют вышеописанные операции. В случае, если уровень технологической жидкости в межколонном пространстве не снизился, то приступают к цементированию ДОК 41.

Колонну НКТ 43 доспускают вниз, при этом корпус 15 заливочного узла 14, также перемещается вниз и в определенный момент технологическая втулка 16 (см.фиг.1) своим упором 18 садится на верхний торец шибера 19, при этом технологическая втулка 16 диаметром d₄ (см. фиг.1) герметично с помощью уплотнительного кольца 25 взаимодействует с внутренним диаметром d₅ шибера 19, причем кольцевая выборка 26 корпус 15 заливочного узла 14 размещается напротив гнезд 21 шибера 19. В результате шариковый фиксатор 22, состоящий, например, из трех шаров выходит из кольцевой выборки 6, то есть из зацепления с муфтой 4 герметизирующего узла 1, и попадает в кольцевую выборку 26 корпуса 15 заливочного узла 14.

После этого проводят дальнейшую разгрузку НКТ 43 посредством технологической втулки 16 на шибер 19 примерно на 40-50 кН, при этом разрушаются срезные элементы 34 и при дальнейшей разгрузке НКТ 43 технологическая втулка дополнительным упором 32 садится на верхний торец 33 муфты 4 герметизирующего узла 1.

В этот момент радиальные каналы 17 технологической втулки 16 посредством кольцевой проточки 31, выполненной в муфте 4 герметизирующего узла 1, разместятся на уровне радиальных каналов 5. При этом образуется гидравлическое сообщение между внутренним пространством колонны НКТ 43 и межколонным пространством между изношенной обсадной колонной и ДОК 41.

Затем по колонне НКТ 43 в межколонное пространство между изношенной обсадной колонной и ДОК 41 закачивают и продавливают расчетный объем цементного раствора, при этом цементный раствор поднимается снизу вверх через каналы 42 между ребрами центратора 27, причем сами центраторы предохраняют ДОК 41 от взаимодействия с внутренними стенками изношенной обсадной колонны, центрируя ДОК 41, что в свою очередь позволяет произвести качественное цементирование ДОК 41, начиная с «головы» предлагаемого устройства, благодаря центратору 27 (см. фиг.1). После этого приподнимают вверх колонну НКТ 43 вместе с корпусом 15 заливочного узла, при этом корпус 15 заливочного узла благодаря шариковым фиксаторам 22, находящимся с одной стороны в кольцевой выборке 26 корпуса 15 заливочного узла 14, а с другой стороны - в гнездах 21 шибера 19, утягивает шибер 19 вверх, который перекрывает изнутри радиальные каналы 5, при этом шариковый фиксатор 22 (шарики попадают в кольцевую выборку 6) входит в зацепления с муфтой 4 герметизирующего узла, освобождаясь от кольцевой выборки 26 корпуса 15 заливочного узла 14.

Далее колонну НКТ 43 с заливочным узлом 14 приподнимают вверх, при этом установочная втулка 24, находящаяся на башмаке 20 заливочного узла 14, при подъеме колонны НКТ 43 вступает во взаимодействие со стопорным кольцом 46, и, сползая с башмака 20, падает на забой скважины. Затем колонну НКТ 43 с заливочным узлом 14 извлекают из ДОК 41 на поверхность и скважину оставляют на ожидание затвердевания цемента (ОЗЦ).

После ОЗЦ шибер 19 сбивают на забой скважины любым инструментом на НКТ. При необходимости шибер 19 и установочную втулку 24, находящиеся на забое скважины, можно разбурить, так как они выполнены из легко разбуриваемого материала, например чугуна.

Предлагаемое устройство для цементирования дополнительной обсадной колонны позволяет значительно повысить надежность работы устройства, так как дает возможность отцентрировать устройство и дополнительную колонну труб, на конце которой спускается данное устройство внутри изношенной колонны труб, что приводит к качественному цементированию ДОК. Кроме того, предлагаемое устройство позволяет извлечь устройство в случае негерметичной посадки пакера перед цементированием дополнительной обсадной колонны, что исключает цементирование ДОК ниже пакера, а значит, исключает аварийную ситуацию в скважине.