Устройство для ступенчатого и манжетного цементирования скважин

 

УСТРОЙСТВО, ДЛЯ СТУПЕНЧАТОГО . И МАНЖЕТНОГО ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ СКВАЖИН, включающее корпус с осевым каналом, радиальными отверстиями и наружным выступом, установленный на корпусе уплотнительный элемент пакера, толкатель , помещенный на корпусе, запорную втулку - седло, помещенную внутри корпуса, и дифференциальную втулку , установленную на корпусе против наружного выступа и перекрьшающую Настоящее изобретение относится к области крепления нефтяных и газовых скважин, а именно к устройствам, для ступенчатого и манжетного цементирования . Известно устройство для ступенчатого и манжетного цементирования, включающее корпус с цементировочны-. ми отверстиями, установленный на Koprtyce уплотнительный элемент, нижнюю и верхнюю втулки, установленные на срезных штифтах. Известное устройство имеет следующие недостатки: 1. В его конструкцию заложен принцип проведения запакеровки и отего радиальные отверстия, отличающееся тем, что, с целью повьшения надежности работы устройства и упрощения его конструкции, оно снабжено срезным полым штифтом, установленным в стенке корпуса против толкателя и запорной втулки седла , причем толкатель образует с корпусом наружную камеру, а запорная втулка - седло образует с корпусом внутреннюю камеру, сообщенную с осевым каналом корпуса, который выполнен под запорной втулкой - седлом на расстоянии, не меньшем толщины срезного полого штифта, с внутС ренним выступом под наружный диаметр . запорной втулки - седла, а срезной (/ полый штифт - с возможностью обеспечения гидравлической связи внутренней камеры с наружной камерой при . перемещении запорной втулки - седла до внутреннего выступа корпуса. СО крытия цементировочных отверстий за один прием создания избыточного давО1 ления. Поэтому при наращивании избыю точного давления в цементировочной головке для срабатывания пакера возможен одновременно с пакеровкой преж .девременный срез штифтов, удерживающих запорную нижнюю втулку от перемещения и, таким образом, преждевременное открытие отверстий для второй ступени цементирования скважины. 2. Во всех случаях применения пакера давления пакеровки постоянно, так как обусловлено диаметром срезных штифтов нижней запорной втулки.

СООЗ СО8ЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

09) (11) (51) 4 Е 21 В 33/14

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

®

Сл

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К А ВТОРСН0МУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

\ (21) 3511715/22-03 (22) 15.11.82 (4б) 30.01.89. Вюл. )) 4 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт буровой. техники (72) В.И. Ванифатьев, А.А. Гайворонский, Д.Л. Фокин, Г.К. Казаров (СССР), Хаммер Герд, Гайслер Ханс-Виген и Гериш Клаус (ГДР) (53) 622.245.42(088.8) . Ф . {54) (57) УСТРОЙСТВО, ДЛЯ СТУПЕНЧАТОГО

„. И МАНЖЕТНОГО ЦЕИЕНТИРОВАНИЯ СКВАЖИН, включающее корпус с осевым каналом, радиальными отверстиями и наружным выступом, установленный на корпусе уплотнительный элемент пакера, толкатель, помещенный на корпусе, запорную втулку седло, помещенную внутри корпуса, и дифференциальную втулку, установленную на корпусе против наружного выступа и перекрывающую

Настоящее изобретение относится к области крепления нефтяных и газовых скважин, а именно к устройствам, для ступенчатого и манжетного цементирования.

Известно устройство для ступенчатого и манжетного цементирования, включающее корпус с цементировочны-. ми отверстиями, установленный на корПусе уплотнительный элемент, нижнюю и верхнюю втулки, установленные на срезных штифтах.

Известное устройство имеет следующие недостатки:

1. В его конструкцию заложен принцип проведения запакеровки и отего радиальные отверстия, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности работы устройства и упрощения его конструкции, . оно снабжено срезным полым штифтом, установленным в стенке корпуса против толкателя и запорной втулкиседла, причем толкатель образует с

1 корпусом наружную камеру, а запорная втулка — седло образует с корпусом внутреннюю камеру, сообщенную с осевым каналом корпуса, который выполнен под запорной втулкой — седлом на расстоянии, не меньшем толщины срезного полого штифта, с внутренним выступом под наружный диаметр запорной втулки — седла, а срезной полый штифт — с возможностью обеспечения гидравлической связи внутренней камеры с наружной камерой при . перемещении запорной втулки — седла до внутреннего выступа корпуса.

2 крытия цементировочных отверстий за один прием создания избыточного давления. Поэтому при наращивании избыточного давления в цементировочной головке для срабатывания пакера возможен одновременно с пакеровкой преж-! девременный срез штифтов удерживаюЭ щих запорную нижнюю втулку от перемещения и, таким образом, преждевременное открытие отверстий для второй ступени цементирования скважины.

2. Во всех случаях применения пакера давления пакеровки постоянно, так как обусловлено диаметром срезных штифтов нижней запорной втулки, 1090052 что в свою очередь значительно сужает область его применения.

3 ° При разбуривании шара, пробки и цементного стакана между ними возможны случаи нарушения герметичности уплотнительных колец верхней втулки, перекрывающей цементировочные отверстия, приводящие к негерметичности обсадной колонны в зоне цементиро- . вочных отверстий при ее опрессовке °

Наиболее близким к изобретению является устройство для ступенчатого и манжетного цементирования скважин, включающее корпус с осевым каналом, радиальными отверстиями и наружным выступом, установленный на корпусе уплотнительный элемент пакера, толкатель, помещенный на корпусе, запорную втулку — седло, помещенную внутри корпуса и дифференциальную втулку, установленную на корпусе против наружного выступа и перекрываю- щую его радиальные отверстия.

Техническим недостатком указанного устройства является необходимость предварительного заполнения полости, образованной корпусом и дифференциальной втулкой рабочей жидкостью. Для этого необходимо выполнить в устройстве по крайней мере два отверстия, через которые производят заполнение полости рабочей .жидкостью и удаляют из нее воздух.

Кроме того, отверстия, через которые производится заполнение полости рабочей жидкостью, необходимо герметизировать резьбовыми пробками,, снабженными уплотнительным кольцом, что, в свою очередь,,также понижает надежность герметизации устройства и усложняет его конструкцию.

Все это понижает надежность его работы, что в конечном счете может прийти.к его отказу при цементировании второй ступени и остановлению .

-тампонажного раствора в колонне.

Целью. изобретения является повышение.надежности работы устройства и упрощение его конструкции.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для ступенчатого и манжетного цементирования скважин, включающее корпус с осевым каналом, радиальными отверстиями и наружным выступом, установленный на корпусе уплотнительный элемент пакера, толкатель, помещенный на корпусе, запорную втулку — седло, помещенную внутри корпуса, и дифференциальную втулку, установленную на корпусе .против наружного выступа и перекрывающую его радиальные отверстия, снабжено. срезным полым штифтом, установленным в стенке корпуса против толкателя и против запорной втулки — седло, причем толкатель образует с корпусом наружную камеру, а запорная втулка — седло образует с корпусом внутреннюю камеру, сообщенную с .осевым каналом корпуса, который выполнен под втулкой — седлом на расстоянии, не меньшем толщины срезного полого штифта, с внутренним выступом под наружный диаметр запорной втулки— седла, а срезной полый штифт выполнен с возможностью обеспечения гидравлической связи внутренней камеры с наружной камерой при перемещении запорной втулки — седла до внутреннего выступа корпуса. !

На фиг. 1 изображено устройство в транспортном положении, на фиг. 2— устройство в момент запакеровки устФ

I ройства, на фиг. 3 — устройство в момент цементирования верхней ступени; на фиг. 4 — устройство в момент

30 окончания цементирования °

Устройство (фиг. 1) состоит из корпуса 1 с наружным выступом, радиальными А и боковыми Б отверстиями, уплотнительного элемента пакера 2, установленного на корпусе и .оборудованного торцовой защитой 3, толкателя 4 с кольцевыми проточками В под фиксатор 5, дифференциальной втулки

6, установленной на корпусе против

40 наружного выступа, перекрывающей радиальные отверстия и образующей с корпусом кольцевую камеру Г, а с толкателем 4 - герметичное телескопическое соединение, упоров 7 и 8, за45 фиксиРованной срезным полым. штифтом

9 запорной втулки — седла 10 и штифтом 11 верхней составной втулки 12 с замком 13. В корпусе 1 выполнена кольцевая проточка Д для фиксации верхней втулки.в конечном положении. !

Поверхность корпуса 1 образует с толкателем 4 наружную камеру Е, загерметизированную срезным полым штйф.том 9, а внутренняя поверхность

55 корпуса и запорная втулка — седло 10 . образуют внутреннюю камеру Ж, сообщающуюся в исходном положении с осевым каналом корпуса, при этом корпус

1 под запорной втулкой — седлом на

1090052 ется вверх, открывая при этом радиальные отверстяи А, а жидкость из кольцевой камеры Г вытесняется в полость колонны через отверстия А, Б и камеру И.

С применением устройства существенно упрощается конструкция, металлоемкость, а следовательно, повышается надежность работы устройства

50 в целом, а также исключается возможность неполной пакеровки затрубного пространства скважины из-за преждевременного срабатывания. элементов устройства.

Кроме того, отсутствуют ограни чения области применения устройства, обусловленные невозможностью регулировать давление, приводящее в действие уплотнительный элемент.

5 расстоянии, не меньшем толщины срезного полого штифта, выполнен с внутренним выступом под наружный диаметр запорной втулки-седла 10. Верхняя составная втулка 12 также образует с внутренней ступенчатой поверхностью корпуса камеру И, сообщающуюся в исходном положении с внутренней полостью колонны труб. Уплотнительные кольца 14 обеспечивают необходимую герметич-, ность устройства. Устройство оборудовано жесткими центраторами 15.

Устройство работает следующим образом.

При посадке шара (фиг. 2) на запорную втулку — седло 10 срезается полый штифт 9 и запорная втулка— седло, перемещаясь вниз, герметизирует внутреннюю камеру Ж, сообщая ее через срезанный полый штифт с наружной камерой Е. Жидкость из внутренней камеры Ж при движении втулки-седла 10 поступает в наружную камеру Е, перемещает вниз толкатель 4 и, таким образом, приводит в рабочее положейие..уплотнительный элемент пакера 2 (происходит запакеровка).

Толкатель 4 при своем перемещении вниз выходит из контакта с наружной ступенью дифференциальной втулки 6 и фиксируется в конечном положении фиксатором 5. После герметизации затрубного пространства (после запакеровки) избыточное давление в цементировочной головке снимают. Необходим условием перемещения дифференциальной втулки 6 вверх является превышение внутриколонного давления заколонным в интервале установки устройства. При ступенчатом и манжетном цементировании этот перепад достигается закачкой в обсадную колонну последней порции (2-3 мз) продавочной жидкости (например, воды) с пониженной плотностью. Кроме того, в случае ступенчатого цементирования указанный перепад может быть достигнут за счет подъема тампонажной смеси выше интервала установки устройства на 30-50 м при цементировании предыдущей ступени. Указанная выше технологическая операция не осложняет процесса цементирования= скважины и может быть осуществлена без всяких затруднений.

Под действием большого перепада давления, действующего со стороны заколонного пространства (фиг. 3), дифференциальная втулка 6 перемещаПосле закачивания расчетного объема тампонажной смеси в обсадную колонну пускают цементировочную пробку 16, (фиг. 4) которая при .взаимодействии с верхней втулкой 12 срезает штифты 11, вводя верхнее уплотнительное кольцо. 14, установленное на втулке, в контакт с внутренней цилиндрической поверхностью корпуса 1.

Таким образом, верхняя втулка 12 становится дифференциальной, а камера

И разобщается от внутренней полости

20 колонны труб. При движении вниз втулка 12 перекрывает радиальные отверстия А, .а жидкость из камеры И через отверстия Б поступает в камеру Г, возвращая при этом дифференциальную

" втулку 6 в исходное положение котоУ рая при этом снаружи перекрывает радиальные отверстия А. Таким образом, достигается повышенная надежность герметизации радиальных отвер\ стий А, которая необходима в случае

30 проведения внутриколонных .работ (например разбуривания элементов, перекрывающих проходной канал колонны, спуска различных инструментов в скважину и т.п.). Кроме того, выпол35 нение верхней втулки 12 как потенциально дифференциальной, гарантированно обеспечивает ее движение на необходимую величину рабочего хода, т.е. в момент перекрытия радиальных

40 отверстий А произойдет некоторое отставание цементировочной пробки от втулки из-за несжимаемости объема жидкости, заключенного между пробкой и шаром.

).090052 1

1090052 фиг.8

Редактор Н.Сильнягина Техред Л.Сердюкова

Корректор С.Черни

Заказ 758 Тираж 514 Подписное

ВЙИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035 Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина,101