Устройство для цементирования скважин

 

„„SU„„1395809 (1) 4 Е 21 В 33/14

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

- . Х=- РЕСПУБЛИК

-!ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 396720 1/22-03 (22) 01.11.85 (46) 15.05.88. Бюл. Ф 18 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт буровой техники (72) A.À.Öûáèí и С.С.Янкулев (53) 622.245.42(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 717287, кл. Е 21 В 33/14, 1978.

Авторское свидетельство СССР № 1090052, кл. Е 21 В 33/14, 1982. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЦЕМЕНТИРОВАИИЯ СКВАЖИ11, включающее корпус с радиальными цементировочными отверстиями, последние из которых перекрыты снаружи дифференциальной втулкой с внутренней кольцевой проточкой, пакер, помещенный в нижней части корпуса, и механизм привода пакера в рабочее положение, помещенный снаружи корпуга против его радиальных отверстий, о т л и ч а ю щ е е с я тем,что, с целью упрощения управления устройством в работе и исключения об— разования перемычек между ступенями цементирования из приводных элементов, оно снабжено дополнительной наружной дифференциальной втулкой, выполненной с глубиной внутренней коль— цевой проточкой, большей глубины проточки основной дифференциальной втулки, и установленной против радиальных отверстий корпуса с возможностью осевого перемещения, и разрезным пружинным кольцом, помещенным между дополнительной и основной дифференциальными втулками, последняя из которых подпружинена относительно корпуса и образует в ее крайнем верхнем положении с корпусом и его цементировочными отверстиями заливочный канал, а корпус над верхним торцом дополнительной дифференциальной втулки выполнен с наружной кольцевой проточкой под раз— резное пружинное кольцо.

1395809

Изобретение относится к бурению скважин, в частности к устройствам для их ступенчатого цементирования.

Цель изобретения — упрощение уп 5 равления устройством в работе и исключение образования перемычек между ступенями цементирования из приводных элементов.

На фиг.1 изображено устройство для 10 цементирования скважин в транспортном положении, на фиг.2 сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 — момент открытия цементировочных отверстий после окончания цементирования первой ступени обсадной колонны; на фиг.4 — то же, при цементировании второй ступени по методу обратной циркуляции, на фиг.5 — то же, после окончания процесса цементирования и фиксации верх-20 ней втулки в крайнем нижнем положении.

Устройство включает корпус 1 с ра.диальными 2 и цементировочными 3 отверстиями. Цементировочные отверстия

3 перекрыты снаружи дифференциальной 25 втулкой 4 с внутренней кольцевой про точкой 5. В нижней части корпуса 1 помещен пакер 6 с механизмом привода его в рабочее положение. Этот механизм помещен снаружи корпуса и в дан в 30 ном случае представляет собой неподвижный корпус 7 пакеря 6, образующий с корпусом 1 устройства кольцевую полость 8, сообщенную с рабочей полостью 9 пакера 6.

Против радиальных отверстий 2 кор-

35 пуся 1 снаружи его установлена дополнительная дифференциальная втулка 10 с внутренней кольцевой проточкой 11, образующей с корпусом 7 пякеря и корпусом 1 устройства циркуляционную полость 12, сообщенную через кольцевую полость 8 с рабочей полостью 9 пакера 6.

Глубина внутренней кольцевой проточки 11 дополнительной наружной дифференциальной втулки 10 больше глубины внутренней кольцевой проточки основной дифференциальной втулки 4. При этом сама дополнительная дифференциальная втулка установлена с возмож— костью верхнего осевого перемещения.

Иежду дополнительной 10, основной 4 дифференциальными втулками помещено разрезное пружинное кольцо 13. Под

55 пего корпус 1 выполнен с наружной кольцевой проточкой 14. Дифференциальная втулка 4 образует с корпусом 1 кольцевую полость 15, которая при осевом перемещении вверх дифференциальной втулки 4 вместе с цементировочными отверстиями 3 образует зяливочный канал (см. фиг.3). Пакер 6 закреплен на корпусе 1 штифтом 16, обжимной обоймой 17.

Дополнительная дифференциальная втулка 10 зафиксирована на корпусе рядом срезных штифтог, 18 и ограничителем перемещения 19. Дифференциальная втулка 4 выполнена с фиксатором

19 и двумя рядами срезных штифтов 20 и 21 и с пружиной 22.

Для упрощения технологии сборки устройства корпус 1 выполнен из двух частей, соединенных между собой резьбовым соединением. При сборке устройства на корпусе устанавливаются жесткие центраторы 23 и 24, а дифференци— яльную втулку 4 подпружипивают к дополнительной дифференциальной втулке

10 пружиной 22 с расчетным осевым усилием, обеспечивающим возвращение этой втулки в исходное пижнее положение при равенстве гидростатических давлений, действующих на устройство и в устройстве в момент окончания процесса цементировяния.

Пакер 6 выпопнен, например, из высокопластичной стали или алюминиевых сплавов с коэффициентом относительного удлинения 35-40Х, т.е. имеет деформационные характеристики, аналогичные характеристикам резиноткяневого плотнительного элементя рукавного типа, а по прочностным характеристикам значительно превосхоцит последний. Герметизация контакты уплотнительный элемент — c.ò íêà скважины или предыдущая обсадная колонн;: обеспе .ивается резиновым уплотнитель ым кольцом 23. Радиальные отверстия с внутренней стороны корпуса перекрыты полой грезной пробкой 25.

Конечные положения дифференциальных втулок 4 и 10 фиксируются с помоцью фиксаторов 26 и 27. Корпус под цементировочными отверстиями выполнен с нагнетательными отверстиями 28.

Устройство работает следующим образом.

После спуска устройства (см. фиг. 1 и 3) в заданный интервал скважины выполняют цементирование первой ступени колонны от ее башмака до устройства. При прохождении продявочной пробки в интервале установки устройства продявочная llpcбк=. ср< эяет по ую

1395809 от осевого перемещения вверх, расчитаны на срез от действия осевого усилия на внутреннюю кольцевую проточку

11 при избыточном внутреннем давлении, например, равном 25 MIIa, что обеспечивает надежность запакеровки пакера 6 (см. фиг.3). Дифференциальные втулки 9 и 10 находятся в крайнем верхнем положении, когда их дальнейшее перемещение вверх ограничено упорами, разрезное пружинное кольца

13 вошло в наружную кольцевую проточку 14 корпуса.

В этом положении устройства его внутренний канал сообщается с заколонным пространством через цементировочные отверстия 3, о чем будет свидетельствовать резкое падение давления на устье в обсадной колонне.

Следовательно, цементирование первой ступени обсадной колонны закончено.

После этого приступают к подготовке и цементированию второй ступени обсадной колонны па упрощенной технологии методом обратной циркуляции через межколонное кольцевое пространство (см. фиг.4) без. пуска в скважину падающей и верхней продавочной пробок.

45 пробку 25 и садится на "Стоп""кольцо (на фиг.1 и 3 не показано). После получения сигнала Стоп", свидетельствующем об окончании цементирования

5 первой ступени, в обсадной колонне создают расчетное избыточное давление для запакеровки пакера 6. Жидкость из внутреннего канала устройства поступает в рабочую полость 9. Конструк- 10 ция пакера 6 и материал из которого он изготовлен выбираются такими, чтобы при избыточном внутреннем давлении в интервале установки устройства в процессе цементирования первой сту- 15 пени не происходила самопроизвольная

его запакеровка после прохождения нижней цементировачной пробки через пакер. Опыт ступенчатого цементирования скважин показывает, что величи- 2п на избыточного внутреннего давления на устройство не превосходит 10,0 ИПа.

Поэтому с коэффициентом запаса, равным, например, 2, пакер 6 расчитывается на запакеровку от избыточного 25 внутреннего давления, равного .

20,0 KIa.

Для надежности запакеровки пакера 6 два ряда штифтов 18 и 9, удерживающих дифференциальные втулки 4 и 10 30

1(ементирование второй ступени ведут по расчету объема закачиваемого в межтрубное пространство тампонажного раствора с заведомой перекачкой части его объема в эксплуатационную колонну выше устройства.

Если в процессе цементирования второй ступени по какой-то технической причине произойдет непредвиденная: остановка, то на устье перекрывают цементируемую колонну. При создавшемся равенстве давлений в устройстве и в межколонном дифференционная втулка под действием усилия от пружины 22 вернется в транспортное положение, но не будет соприкасаться с дополнительной втулкой 10. Расстояние между втулками будет равно длине перекрываемой разрезным пружинным кольцом 13 части кольцевой проточки (см. фиг.1).

От перемещения в крайнее нижнее положение дифференциальную втулку 4 удер— живает ряд срезных штифтов 21. При возобновлении закачки тампонажного раствора в межколонное пространство давление в нем возрастает и дифференциальная втулка 4 под действием осевой силы, действующей на нее снизу от избыточного наружного давления, вернется в положение, при котором осуществляется процесс цементирования второй ступени (см. фиг.4).

После окончания закачивания расчетного объема тампонажного раствора давление на устье межтрубного про— странства сбрасывают до нуля и переL крывают на устье цементируемую колонну. При этом дифференциальная втулка 4 под действием осевого усилия, создаваемого пружиной 22, возвращается в транспортное положение и герметично перекрывает цементиро— вочные отверстия 3. Далее в обсадной колонне создают избыточное давление, которое передается в устройстве на внутреннюю кольцевую проточку 5 ° При расчетном по величине давлении большем, чем давление, при котором были открыты цементировочные отверстия 3 в момент окончания цементирования первой ступени колонны, происходит срез ряда штифтов 21., дифференциальная втулка перемещается в крайнее положение и фиксируется фиксатором

24 (см. фиг.5). Ряд штифтов 21 (см. фиг.1) должен срезаться при избыточном внутреннем давлении большем, чем давление среза двух рядов штифтов 17

1395809 и 9, чтобы исключить вероятность среза ряда штифтов 20 одновременно с рядами штифтов 18 и 9 в случае нарушения условия медленного повышения давления в цементируемой колонне после посадки нижней цементировочной пробки на Стоп"-кольцо, т.е. перед открытием цементировочных отверстий в устройстве.

Для упрощения технологии изготовления устройства и расчета на срез штифтов 18, 9 и 21, т.е. упрощения ,управлением работы устройства, соот1 ,ношение глубин внутренних кольцевых проточек 5 и 11 выполнено, например,,как 2 к 1. При этом соотношение пло, щадей, одно и то же по величине избыточное давление, создаваемое в уст—

;ройстве, при окончании цементирова,ния первой ступени обсадной колонны и после окончания цементирования второй ступени образуют одну и ту же ве,личину усилия, действующего в первом

/4 а случае на обе втулки дифференциальные втулки 9 и 10 снизу вверх, а во, втоpoM — только на втулку 10 сверху вниз

5 (во втором случае втулка 4 не принимается во внимание, так как удерживается от осевого перемещения ограничителем 19 и фиксатором 25 (см. фиг.51. Л следовательно, все срезные штифты

10 18, 9 и 21 можно изготовить со срезной шейкой одного диаметра и при сборке устройства следует установить штифтов в ряду 21 по крайней мере на одни больше, чем в двух рядах 18 и 9 вместе. Например, в рассматриваемом варианте при избыточном внутреннем давлении, равном 25 МПа, срезаются

5 штифтов, составляющие два ряда штифтов 18 и 9. Поэтому в ряд 21 ус20 танавливают 6 штифтов и после оконча— ния цементирования второй ступени об-, садной колонны в устройстве создают избыточное внутреннее давление, равное 30,0 МПа.

1395809

1 195809

Сос тавител ь l3.1 риыанон

Техред М,Дидык (;орре.тор А,Тяско

Редактор А.Цолинич

Заказ 2476/33 Тираж 531 11о, нигное

ВНИИПИ Государственного комитета С(.СР ио делам изобретений и cткрьпий

1 1 3035, Москва, Ж-35 > Раушс к а я Hcl G д, - / 5

Прои аодственно поликрафичес кое нредн1!1H", на, I . л . . н," д, .н. II; н, нл я,