Устройство для ступенчатого цементирования скважин

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕИИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (63) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 07. 01. 81 (2>) 3233372/22-03

Р }М К з

Е 21 В 33/14 с присоединением заявки Йо (23) Приоритет

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (СЗ) УДК 622. 245. 42 (088.8) Опубликовано 07.03,83.Бюллетень Мо 9

Дата опубликования описания 07. 03. 83

П.A. Чуев, A.A.. Гайворонский и Л.3.. Фарукшин -- -.° I (72) Авторы изобретения

Всесоюзный ордена Трудового Красиеио Знамени научно-исследовательский институт буровой техники (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТУПЕНЧАТОГО ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ

СКВАЖИН

30

Изобретение относится к горной промышленности, в частности для крепления нефтяных и газовых скважин, и может быть использовано в устройствах для ступенчатого цементирования.

Известно устройство для ступенчатого цементирования скважин, включающее корпус с цементировочными отверстиями, перекрытыми закрепленной срезными штифтами втулкой, имеющей седло для посадки .цементировочной пробки, кожух с цементировочнымй отверстиями, концентрично размещенный на корпусе, и установленные в кольцевой полости между корпусом и кожухом патрубок и запорный золотник, верхняя часть которого имеет гидравлическое сообщение с внутренней полостью труб (11.

Недостатком этого устройства является необх: димость создания высокого избыточного давления до (100 кгс/см ) сверх давления цементирования для среза штифтов и перекрытия цементировочных отверстий.

Кроме того, конструкция устройства отличается сложностью.

Наиболее близким к изобретению является устройство для ступенчатого цементирования скважин, включающее корпус, кожух с цементировочными отверстиями, установленный между корпусом и кожухом эапорный золотник, образующий с корпусом и кожухом камеру, сообщающуюся через заливочные отверстия в корпусе с внутритрубным пространством, и закрепленную срезными штифтами внутри корпуса втулку с посадочным седлом, перекрывающую отверстия в корпусе f23.

К недостаткам этого устройства относится опасность самопроизвольного перекрытия цементировочных отверстий в процессе цементирования.

В процессе закачки цементной массы в обсадные трубы нижний торец золотника в этом устройстве омывается, потоком жидкости, имеющим максимальную скорость из-за того, что площадь проходного сечения труб в этом месте минимальная. Верхний торец золотника, соединенный с внутренней полостью обсадных труб : отверстиями, испытывает значительно меньшее воздействие скоростного напора, поэтому золотник гидравлически не уравновешен . Чем больший объем

1002525 цементной массы прокачивается в единицу времени, тем большая разность давления действует на верхний торец золотника. При отпределенном значении скорости потока золотник сдвигается вниз и перекрывает цементировочные отверстия.в корпусе. Область применения этого устройства ограничивается скоростью закачки цементной массы, предельно допустимая величина на которой должна определяться экспери- 10 ментально для каждого типоразмера устройства.

Цель изобретения — повышение ка,чества цементирования скважин.

Укаэанная цель достигается тем, что в устройстве для ступенчатого цементирования скважин, включающем корпус, кожух с цементировочными отверстиями, установленный между корпусом и кожухом эапорный золот.ник, образующий с корпусом и кожухом камеру, сообщающуюся через заливочные отверстия, в корпусе с внутритрубным пространством, и закрепленную среэн .и штифт,и внутри 25 корпуса втулку с посадочным седлом, перекрывающую отверстия в корпусе, последний выполнен с дополнительными заливочными отверстиями, а золотник — с радиальными отверстиями, со- З0 общающимися с цементировочными и дополнительными отверстиями при крайнем верхнем положении золотника.

Кроме того, на наружной поверх-. ности золотника устройства выполнены 35 продольные пазы и сообщающаяся с ними кольцевая проточка, в которой размещен обратный клапан для перекрытия радиальных отверстий золотника. 40

На фиг. 1 изображено устройство в транспортном положении, продольный разрез; на фиг. 2 — то же в процессе прокачки через него цементного раствора; на фиг. 3 — то же, после посадки второй цементировочной пробки и окончании процесса цементирования.

Устройство для ступенчатого цементирования скважин состоит из корпуса 1 (фиг. 1) с концевыми присое-, динительными переводниками 2 и 3., Концентрично относительно корпуса 1 на переводнике 2 закреплен кожух 4. 4ежду корпусом 1 и кожухом 4 размещены кольцевой поршень 5 и золотник

6, соединенные с кожухом 4 соответственно срезныки штифтами 7 и 8. В золотнике 6 выполнены радиальные отверстия О, кольцевая проточка 6 и продольные пазы В, кроме того, эолот- 60 ник снабжен пружинным фиксатором 9 и разрезным пружинным кольцом 10, выполняющим роль обратного клапана.

Вместо кольца 10 могут быть использованы пластины. В кожухе 4 выполиены проточка . для пружинного фиксатора 9, отверстие д, через которое полость е сообщается с затрубным пространством, и цементировочное отверстием . В нижней части кожуха 4 расположен стопор 11. В проточке кольцевого поршня 5 размещается уплотнительная манжета 12 одностороннего действия. На корпусе 1 между кольцевым поршнем 5 и переводником 3 размещен пакерующий элемент 13. В корпусе 1 имеются эаливочные отверстия 3 и цементировочное отверстие и, а внутри него расположена втулка 14, соединенная с корпусом срезным штифтом 15. В устройстве имеются уплотнения (не показаны ). Корпус 1 выполнен с выступом 16 под пробку 17, на которую в конце цементирования садится цементировочная пробка 18.

Цементирование скважины с помощью устройства осуществляется следующим образом.

После спуска в скважину обсадной колонны вместе с устройством производят цементирование первой ступени. Затем внутрь обсадной колонны сбрасывают пробку 17 (фиг. 2) с таким расчетом, чтобы к тому моменту, когда она достигает втулки 14, цементная масса в эатрубном пространстве поднималась несколько выше пакерующего элемента 13.

После того, как пробка 17 садится на седло 1 4, внутри колонны создают избыточное давление 1020 кгс/см, под действием которого срезается штифт 15, и втулка 14 с пробкой 17 опускается вниз до упора в выступ 16 корпуса 1. При этом давление жидкости через отверстие 3 передается на нижний торец золотника

6 и на верхний торец кольцевого поршня 5. Ввиду того, что поперечное сечение штифта 7 меньше, чем у штифта 8, он срезается раньше и кольцевой поршень 5 опускается вниз, сжимая пакерующий элемент 13. В дальнейшем давление в колонне повышают, увеличивая при этом нагрузку на пакерующий элемент 13. При давлении 70-80 кгс/см 2 срезается штифт

8, золотник 6 перемещается в крайнее верхнее положение. Цементный раствор после этого проходит через цементировочное отверстие и и отверстие а, отжимая пружинное кольцо 10.

Затем раствор, пройдя проточку b, паз б и цементировочное отверстие Ф., поступает иэ обсадной колонны в эатрубное пространство.

Закачав расчетный объем цементного раствора, в колонну спускают цементировочную пробку 18 (фиг. 3),,которая, вытесняя цемент в затрубное

1002525 пространство, доходит до упора в пробку 17. При этом цементировочная пробка 18 перекрывает отверстие з и цементировочное отверстие и, отчего давление в обсадной колонне начинает возрастать, что является сигналом для остановки насоса. После остановки насоса давление в за-, трубном пространстве и в обсадной колонне выравнивается если закрыта задвижка на устье обсадной колонны) и пружинное разрезное кольцо 10, сокращаясь в пределах проточки б, перекрывает отверстие . Последую= щее снижение давлейия в обсадной колонне приводит к тому, что золотник

- б становится неуравновешенньм. На его верхний торец через отверстие действует более тяжелая; цементная масса иэ затрубного пространства, чем продавочная жидкость, действующая на нижний торец иэ обсадной колонны через эаливочные отверстия

3. При незначительном перепаде дав«. ления, необходимом для преодоления сил трения, золотник 6 опускается вниз до захода пружинного Фиксатора

9 в проточку ъ. Цементировочное отверстие и полностью перекрывается, а золотник надежно фиксируется. После сброса давления s колонне пробки 17 и 18 и втулка 14 разбуриваются.

° Положительный эффект от применения предлагаемого устройства заключается в обеспечении надежной его работы при любой скорости прокачки цементной массы через цементировочные отверстия. Кроме того, для закрытия цементировочных отверстий не требуется создания избыточного давления в обсадной колонне, отпадает необходимость во внут ренней втулке для перекрытия цементировочных отверстий, а также в дифФеренциальной втулке. В результате предлагаемое устройство имеет бодее простую конструктивную схему, сохраняя высокую надежность в работе.

Формула изобретения

1. Устройство для ступенчатого цементирования скважин, включающее корпус, кожух с цементировочными отверстиями, установленный между корпусом и кожухом эапорный золотник, образующий с корпусом и кожухом камеру, сообщающуюся через заливочные

15 отверстия в корпусе с внутритрубным пространством, н закрепленную срезными штифтами внутри корпуса втулку с посадочным седлом, перекрывающую отверстия в корпусе, о тро л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения качества цементирования, корпус выполнен с дополнительными заливочными отверстиями, а золотник — с радиальными отверср5,тиями, сообщающимися с цементиро вочными и дополнительными отверстиями при крайнем верхнем положении золотника.

2. Устройство по и. 1, о т л и

ЗО ч а ю щ е е с я тем, что на наружной поверхности золотника выполнены продольные пазы и Сообщающаяся с ними кольцевая проточка, в которой размещен обратный клапан для .перекрытия радиальных отверстий золотника.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Сегаль В.A. Некоторые вопросы

40 цементирования скважин. ВНИИОЭНГ, M.. 1973, с. 31-3б.

2. авторское свидетельство СССР

9 84030, кл. E 21. В 33/14, 1979 (прототип ) .

1 т

Составитель В. Гришанов

Редактор Н. Швыдкая Техред М.Коштура Корректор И. Ватрушкина

Заказ 1485/4 Тираж 601 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/Е.

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4