Устройство для контролируемой установки цементных мостов

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛИРУЕМОЙ УСТАНОВКИ ГЩМЕНТШХ МОСТОВ, содержащее корпус с верхними и нижними кольцевьми выступами, цемент.ировочную пробку с манжетами и упругий посадочный элемент, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности работы устройства в условиях высоких температур и больших гидростатических давлений, расширения области его применения и упрощения конструкции, верхний и нижний кольцевые выступы выполнены на расстоянии друг от друга, не меньшем высоты цементировочной пробки, а упругий посадочный элемент выполнен в виде кольца, установленного между манжетами цементировочной пробки с , возможностью его посадки на верхний кольцевой выступ и последующей продавки через него цементировочной пробки.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

РЕСПУБЛИК

Ö9) (И) 4 (51) Е 21 В 33/16

1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOINY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3586689/22-03 (22) 04.05.83 (46) 07.01.85. Бюл. В 1 (72) Э.М.Сулейманов, Т.К.Алнвердизаде, А.А.Петросян, Л.М.Матвеенко, Г.Н.Протасов и С.Д.Бабаев (71) Ордена Трудового Красного Знамени азербайджанский государственный научно-исследовательский и проектный институт нефтяной промышленности (53) 622.245.42(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Ф 185801, кл. Е 21 B 33/14, 1964.

2. Авторское свидетельство СССР

У 628290, кл. Е 21 В 33/14, 1978.

3. Авторское свидетельство СССР . Ф 57Ж39, кл. E 21 В 33/14, 1977 (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛИРУЕМОЙ УСТАНОВКИ ЦЕЬЖНТНЫХ МОСТОВ, содержащее корпус с верхними и нижними кольцевыми выступами, цементировочную пробку с манжетами и упругий посадочный элемент, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения надежности работы устройства в условиях высоких температур и больших гидростатических давлений, расширения области его применения и упрощения конструкции, верхний и нижний кольцевые выступы выполнены на расстоянии друг от друга, не меньшем высоты цементировочной пробки, а упругий посадочный элемент выполнен в виде кольца, установленного между манжетами цементировочной пробки с .. возможностью его посадки на верхний кольцевой выступ и последующей продавки через него цементировочной пробки.

1133382

Изобретение относится к технике бурения нефтяных и газовых скважин . и предназначено для установки цементных мостов в обсадной колонне и открытом стволе скважины, закачивания тампонирующих паст при борьбе с поглощениями бурового раствора, заполнения каверн в стволе скважины.

Известно устройство для контролируемой установки цементных мостов 10 в скважинах, состоящее из корпуса, запорного элемента, подвижного седла, закрепленного в корпусе с помощью срезных штифтов (1) .

Недостатком устройства является 15 возможность только разового использования его в скважине. Кроме того, запорный элемент остается внутри устройства и промывка в дальнейшем осуществляется через кольцевое 20 пространство или боковые отверстия в корпусе.

Известно устройство для контролируемой установки цементных мостов, содержащее корпус, продавочную пробку, упругий запорный элемент и металлический подвижный стакан, закрепленный в корпусе с помощью срезиьпс штифтов (2) .

Недостатком устройства является также возможность только однократного его использования. Вновь работоспособным устройство становится лишь после извлечения его из скважины, закрпеления подвижной части устройства новыми штрифтами и заполнения коль-: цевой полости амортизационной жидкостью, Наиболее близким к изобретению является устройство для контролируемой установки цементных мостов, содержащее корпус с верхними и нижними кольцевыми выступами, цементировочную пробку с манжетами и упругий посадочный элемент )3) .

Недостатками устройства являются низкая надежность работы в условиях высоких температур, ограниченность его применения из-за габаритных раз-меров, так как оно не пригодно для 50 контролируемой установки цементных мостов в эксплуатационных колоннах и в скважинах диаметром менее 190 мм, а также сложность его конструкции.

Низкая надежность работы устройст-55 ва в условиях высоких температур объясняется тем, что упругий запорный элемент, изготовленный из резины, установлен в корпусе устройства и согласно технологии установки цементных мостов перед началом работы длительное время находится при высокой забойной температуре, особенно в сверхглубоких скважинах, где темо пературы превышают 120, что приводит к температурной деструкции резины и деформации упругого запорного элемента.

Низка надежность информации о втором сигнале. Стоп" ввиду получения об этом только одного признака— повышения давления на устье скважины.

Величина этого давления должна быть меньше давления, получаемого при первом сигнале "Стоп, иначе может произойти преждевременное выталкивание пробки на забой скважины. Однако при таком ограничении давления не исключена возможность получения ложного сигнала "Стоп" в момент посадки пробки на кольцевые выступы корпуса.

В результате пробка не фиксируется в корпусе устройства и не препятствует обратному поступлению цементного раствора из затрубного пространства в трубы.

Кроме того, сложна конструкция устройства из-за наличия подвижных элементов и сложной конструкции упругого запорного элемента, что обуславливает низкую надежность срабатывания устройства при выталкивании продавочной пробки из корпуса устройства, а также невозможность его применения для установки цементных мостов в эксплуатационных колоннах.

Цель изобретения — повышение надежности работы устройства в условиях высоких температур и больших гидростатических давлений, расширения области его применения и упрощения конструкции.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для контролируемой установки цементных мостов, содержащем корпус с верхними и нижними кольцевыми выступами, цементировочную пробку с манжетами и упругий посадочный элемент, верхний и нижний кольцевые выступы выполнены на расстоянии друг от друга не меньшем высоты цементировочной пробки, а упругий посадочный элемент выполнен в виде кольца, установленного между манжетами цементировочной пробки с возможностью его посадки на верхний . з 113338 кольцевой выступ и последующей про давки через него цементировочной пробки, Размещение одного из кольцевых выступов на нижнем конце корпуса позволяет исключить возможность преждевременного выталкивания пробки на забой скважины в момент резкого повышения давления в трубах при посадке пробки на упругий запорный эле- 10 мент, так как даже при непроизвольном проталкивании пробки через отверстие верхнего кольцевого выступа она садится и удерживается на нижнем кольцевом выступе. Кроме того, при этом получают дополнительную информацию об окончании продавки в виде падения давления вследствие проталкивания пробки в среднюю расширенную часть корпуса. 20

Размещение упругого запорного элемента на продавочной пробке позволяет сократить время его нахождения при высокой температуре, чем предотвращается деструкция и деформация этого элемента, сохраняется его работоспособность.

Выполнение упругого запорного эле-. мента в виде кольца, установка его с зазором на поверхности продавоч30 ной пробки между ее манжетами и взаимодействие упругого запорного элемента с верхним кольцевым выступом позволяют упростить механизм срабатывания и конструкцию устройства вслед- 5 ствие унрочнения конфигурации упругого запорного элемента и исключения подвижных элементов, При неизменных размерах манжет . 40 (резиновых) цементировочной пробки возможно использование колец (например, резиновых) с толщиной в диапазоне от наружного диаметра наиболее узкой части пробки до внутреннего 45 диаметра колонны труб, что намного больше толщины манжет. Следовательно, при одних и тех же гидродинамических и гидростатических давлениях относительная деформация резинового коль- 50 ца по его толщине и изменение соотношения диаметров кольца и выступа много меньше относительной деформации по толщине резиновых манжет и упомянутого соотношения, а это обес- 55 печивает мягкую центрируемую посадку пробки с кольцом на верхний кольцевой выступ, надежное перекрытие верх2 4 него конца устройства и получение первого стоп-сигнала.

Выполнением упругого посадочного элемента в виде кольца и размещением его на наружной поверхности цементировочной пробки между ее манжетами достигается также возможность изготовления кольца из материала с иными физико-механическими свойствами, чем манжетная резина, а это обеспечивает возможность усиления описанного механизма достижения положительного эффекта.

Так, кольцо можно изготовить из резины (или иного эластичного материала) с меньшей податливостью, чем манжетная резина, что недопустимо при изготовлении манжет, так как повышает опасность заклинивания пробки в трубах и верхнем конце устройства, особенно при малом его диаметре. Кроме того, появляется также возможность наблюдения этого сигнала в течение некоторого времени после посадки за счет повышенного трения между резиновой манжетой пробки и резиновым кольцом (трение в паре резина — резина), а также между резиновым кольцом, кольцевым выступом и внутренней стенкой устройства и затрат энергии на скручивание резинового кольца, в процессе последующего повышения давления и прадавливания цементировочной пробки через верхний конец устройства.

На фиг.1 показана цементировочная пробка, общий вид, на фиг.2 — устройство в момент посадки на верхний кольцевой выступ.

Устройство состоит из корпуса 1 с верхним 2 и нижним 3 кольцевыми выступами и цементировочной пробки, состоящей из сердечника 4, Верхней

5 и нижней 6 манжет, между которыми на цилиндрической поверхности установлен упругий посадочный элемент, выполненный в виде кольца 7. Это кольцо выполнено с возможностью его посадки на верхний кольцевой выступ и последующей продавки через него цементировочной пробки. При этом нижний кольцевой выступ выполнен на расстоянии от верхнего кольцевого выступа, не меньшем высоты цементировочной пробки.

Устройство работает следующим образом.

1133382

После выхода цементировочной пробки в корпус 1 ее нижняя манжета 6 проходит через верхний кольцевой выступ 2. При этом представляется возможность при рабочем давлении регулировать скорость продвижения пробки в корпусе за счет выбора такого соотношения диаметров нижней манжеты и проходного сечения .верхнего кольцевого выступа, когда исключена воз- 10 можность резкого возрастания давления в колонне и получения ложного сигнала "Стоп". Продвижение пробки внутрь, корпуса прекращается носле того, как упругий посадочный элемент 15

7, размещенный на цилиндрической поверхности цементировочной пробки,. садится на верхний кольцевой выступ

2, а верхняя манжета 5 цементировочной пробки садится на упругий эле- 20 мент 7. Это происходит в результате

Выбора такого соотношения диаметров верхней манжеты 5 пробки и упругого посадочного элемента 7, когда величины рабочего давления недостаточны 25 ,для прохождения пробки через посадочный элемент. После прекращения движения цементировочной пробки в корпусе давление в колонне резко повыша-. ется и получается сигнал "Стоп". 3о

После создания избыточного давления в колонне упругий посадочный элемент

7 раздается, пропускает через себя верхнюю манжету и остается íà sepxнем кольцевом выступе, а цементиро- 35

Вочная пробка попадает в расширенную полость корпуса, размещенную между верхним 2 и нижним 3 кольцевыми выступами, и давление в колонне падает, что является достоверньй4 сигналом о 4О фиксации цементировочной пробки, в корпусе устройства. После этого останавливают работу цементировочных агрегатов и поднимают заливочную колонну на верхнюю отметку моста, при этом нижний кольцевой выступ препятствует выпадению пробки в скважину, а верхний кольцевой выступ удержива.ет пробку от всплывания, за счет чего исключается обратное поступление цементного раствора в колонну. Вновь создав избыточное давление в колонне, продавливают вторую пробку в скважину и вымывают излишки тампонажного раствора.

Таким образом, предлагаемое устройство обладает повышенной надежностью работы и широкой областью применения эа счет упрощения конструкции, чем достигается повышение успешности установки цементных мостов в скважинах.

Применение изобретения дает значительный экономический эффект.

Экономический эффект от применения предлагаемого устройства обеспечивается тем, что исключается повторное забойное цементирование из-эа получения некачественного цементного моста в глубоких высокотемпературных скважинах, а также из-за удешевления стоимости самого устройства, отличающегося простотой конструкции.

Экономический эффект от проведения одной скважино-операции по установке моста составит около 3000 руб.

Таким образом, предлагаемое устройство для контролируемой установки цементных мостов обладает новизной технического решения, отличается повышенной надежностью работы, простотой конструкции, широкой областью применения и обеспечивает получение значительного экономического эффекта, 1133382

Составитель В.Гришанов

Техред M. Гергель Корректор Г.Решетник

Редактор О.Бугир

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

Заказ 9934/29 Тираж 540 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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