узел циркуляции для хвостовика обсадной колонны

Формула изобретения

Узел циркуляции для хвостовика обсадной колонны, включающий корпус, помещенный в нижней части транспортировочной колонны выше узла ее соединения с хвостовиком и выполненный с заливочным отверстием, по меньшей мере одним, в нижней части, перекрытым срезной втулкой, и циркуляционным отверстием, по меньшей мере одним, в верхней части, уплотнительный элемент, помещенный на корпусе, толкатель с циркуляционным отверстием, по меньшей мере одним, помещенный на корпусе выше уплотнительного элемента и перекрывающий циркуляционное отверстие корпуса, распределительную втулку с радиальным отверстием, по меньшей мере одним, периферийным осевым каналом, по меньшей мере одним, и посадочным седлом в нижней ее части, при этом распределительная втулка помещена в корпусе и выполнена с возможностью обеспечения прямой циркуляции жидкости через ее осевой канал и хвостовик с вытеснением жидкости в пространство за хвостовиком и корпусом - в транспортном положении устройства, а также деформации уплотнительного элемента с помощью толкателя и обеспечения закачки тампонажного раствора через ее осевой канал, радиальное отверстие, совмещенное с заливочным отверстием, в пространство за корпусом и хвостовиком по обратной схеме циркуляции с вытеснением жидкости через периферийный осевой канал, пространство между корпусом и распределительной втулкой, совмещенные циркуляционные отверстия корпуса и толкателя в пространство за этим толкателем и выше него - в рабочем положении устройства.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области строительства нефтяных и газовых скважин и, в частности, к устройствам для цементирования хвостовиков обсадных колонн.

Низкое качество цементирования хвостовиков, особенно в их головной части, приводит к межпластовым перетокам, повышенной обводненности добываемой продукции и, как следствие, к большим ее потерям.

Для повышения качества цементирования хвостовиков в ряде случаев используют обратное цементирование, которое в принципе уменьшает разубоживание цементного (тампонажного) раствора при его доставке в необходимый интервал протяженной скважины. Однако известные средства для обратного цементирования хвостовиков не обеспечивают необходимого объема технологических требований к этой схеме цементирования.

Известен узел циркуляции для хвостовика обсадной колонны, включающий транспортировочную колонну, соединенные между собой левой резьбой муфту с цементировочными отверстиями и ниппель с продольными периферийными и боковыми каналами, последние из которых совмещены с цементировочными отверстиями муфты для обеспечения обратного цементирования хвостовика, на котором, в верхней его части, размещен уплотнительный элемент (см., например, SU 1557314, 15.04.1990).

Недостатком известного устройства является низкая надежность работы уплотнительного элемента. Спуск устройства в скважину предусмотрен в рабочем положении уплотнительного элемента. Это в значительной мере усложняет сам спуск хвостовика обсадной колонны, требует значительного снижения скорости спуска во избежание множественных гидроразрывов пород. Рабочее положение уплотнительного элемента в процессе спуска приводит к его деформации и износу или разрушению, что исключает возможность осуществления обратного цементирования. Кроме того, такое состояние уплотнительного элемента в процессе спуска хвостовика исключает возможность промывки скважины для ликвидации возможных осложнений, например, посадки хвостовика.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности работы устройства, расширение функциональных возможностей технологии спуска и цементирования хвостовика обсадной колонны за счет использования различных схем циркуляции и повышение качества крепления скважины.

Необходимый технический результат достигается тем, что узел циркуляции для хвостовика обсадной колонны включает корпус, помещенный в нижней части транспортировочной колонны выше узла ее соединения с хвостовиком и выполненный с заливочным отверстием, по меньшей мере одним, в нижней части, перекрытым срезной втулкой, и циркуляционным отверстием, по меньшей мере одним, в верхней части, уплотнительный элемент, помещенный на корпусе, толкатель с циркуляционным отверстием, по меньшей мере одним, помещенный на корпусе выше уплотнительного элемента и перекрывающий циркуляционное отверстие корпуса, распределительную втулку с радиальным отверстием, по меньшей мере одним, периферийным осевым каналом, по меньшей мере одним, и посадочным седлом в нижней ее части, при этом распределительная втулка помещена в корпусе и выполнена с возможностью обеспечения прямой циркуляции жидкости через ее осевой канал и хвостовик с вытеснением жидкости в пространство за хвостовиком и корпусом - в транспортном положении устройства, а также деформации уплотнительного элемента с помощью толкателя и обеспечения закачки тампонажного раствора через ее осевой канал, радиальное отверстие, совмещенное с заливочным отверстием, в пространство за корпусом и хвостовиком по обратной схеме циркуляции с вытеснением жидкости через периферийный осевой канал, пространство между корпусом и распределительной втулкой, совмещенные циркуляционные отверстия корпуса и толкателя в пространство за этим толкателем и выше него - в рабочем положении устройства.

На фиг.1 показано устройство в его транспортном положении. На фиг.2 - устройство в рабочем положении. Узел циркуляции для хвостовика обсадной колонны помещен в нижней части транспортировочной колонны выше узла ее соединения с хвостовиком (условно не показаны) и включает (фиг.1) корпус 1 (составной) с циркуляционным 2, радиальным 3 и заливочным 4 отверстиями. Каждое из этих отверстий является по меньшей мере единственным. Циркуляционное отверстие 2 выполнено в верхней части корпуса. Заливочное отверстие 4 выполнено в нижней части корпуса. Корпус имеет также сквозные осевые пазы 5. В верхней части наружной поверхности корпуса выполнены кольцевые упорные проточки 6 и установлен толкатель 7 с циркуляционным отверстием 8, по меньшей мере одним, и радиальным отверстием 9, по меньшей мере одним. Толкатель 7 перекрывает циркуляционное отверстие 2 корпуса 1 и оборудован упорным кольцом 10 и кольцевым разрезным фиксатором 11, на внутренней поверхности которого также выполнены упорные проточки 12. Кроме того, на наружной поверхности корпуса установлен уплотнительный элемент 13 с торцевой защитой 14 таким образом, что толкатель 7 находится выше уплотнительного элемента 13. Внутри корпуса 1 образована кольцевая выемка 15 и установлена распределительная втулка 16. В нижней части распределительной втулки 16 выполнены осевой периферийный канал 17, по меньшей мере один, радиальное отверстие 18, по меньшей мере одно. Наружная поверхность распределительной втулки 16 выполнена с кольцевыми проточками 19, 20, 21 и 22. При этом в кольцевой проточке 22 имеется продольный паз 23, в котором частично размещен установочный винт 24. В нижней части осевого канала распределительной втулки 16 установлено посадочное седло 25. Винт 26, установленный в радиальном отверстии 9 толкателя 7 через сквозные осевые пазы 5 корпуса 1 взаимодействует с кольцевой проточкой 21 распределительной втулки 16. При этом толкатель 7 и упорное кольцо 10 жестко зафиксированы в транспортном положении относительно корпуса 1 срезным штифтом 27, а заливочное отверстие 4 корпуса 1, герметично перекрыто срезной втулкой 28. Необходимая герметичность устройства обеспечена уплотнительными кольцами 29. На фиг.1, 2 показаны также шар 30 под посадочное седло 25, эксплуатационная колонна 31, пространство 32 за корпусом 1 ниже уплотнительного элемента 13, проходной канал 33 и пространство 34 выше уплотнительного элемента.

Таким образом, распределительная втулка 16 помещена в корпусе 1 и выполнена с возможностью обеспечения прямой циркуляции жидкости через ее осевой канал с вытеснением жидкости в пространство за хвостовиком (условно не показан), корпусом 1 и выше него - в транспортном положении устройства, а также деформации уплотнительного элемента 13 с помощью толкателя 7 и обеспечения закачки тампонажного раствора через ее осевой канал, радиальное отверстие 18, совмещенное с заливочным отверстием 4, в пространство за корпусом 1 и, ниже него, за хвостовиком по обратной схеме циркуляции с вытеснением жидкости через периферийный осевой канал 17, пространство между корпусом и распределительной втулкой 16, совмещенные циркуляционные отверстия 2, 8 корпуса 1 и толкателя 7 в пространство за этим толкателем и выше него - в рабочем положении устройства

Устройство работает следующим образом.

Устройство устанавливают в верхней части «головы» хвостовика, и на транспортировочной колонне спускают на заданную глубину. После чего в транспортировочную колонну пускают шар 30 (см. фиг.2), который садится в посадочное седло 25. При создании избыточного давления в транспортировочной колонне происходит перемещение распределительной втулки 16 и толкателя 7, т.е. приведение уплотнительного элемента 13 в рабочее положение (пакеровка межтрубного пространства, между устройством и эксплуатационной колонной 31). При дальнейшем повышении давления, нижняя часть винта 26, взаимодействующая с кольцевой проточкой 21 распределительной втулки 16, срезается и, последняя, сдвигая втулку 28, устанавливается в рабочее положение. При этом радиальное отверстие 18 распределительной втулки 16 совмещается с заливочным отверстием 4 корпуса 1. Строгое совмещение отверстий обеспечено взаимодействием установочного винта 24 с продольным пазом 23 распределительной втулки 16. После совмещения радиального отверстия 18 с заливочным отверстием 4, в транспортировочную колонну закачивают расчетный объем тампонажного раствора, который, имея большую плотность, чем жидкость (буровой раствор), находящаяся в скважине, через совмещенные отверстия 18 и 4, поступает в пространство 32 за корпусом ниже уплотнительного элемента 13 и ниже за хвостовиком. При этом жидкость (буровой раствор), вытесняемая из пространства за хвостовиком и пространства 32 за корпусом 1, через обратный клапан (на фиг.2 не показан), поступает в проходной канал 33 и через осевой периферийный канал 17 распределительной втулки 16, кольцевую выемку 15, кольцевые проточки 19, 20 и 22, совмещенные циркуляционные отверстия 2 и 8, поступает в пространство 34 выше уплотнительного элемента 13. При достижении тампонажным раствором обратного клапана, шар клапана, имея меньшую плотность, чем плотность тампонажного раствора, всплывая, садится в седло и, таким образом, исключает дальнейшее поступление тампонажного раствора в проходной канал хвостовика (на фиг.2 обратный клапан не показан). После окончания процесса цементирования устройство приподнимают с головы хвостовика, осуществляют промывку и его окончательный подъем.