Устройство для ступенчатого цементирования скважин

 

Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин. Цель - повышение надежности работы устр-ва и возможности расширения его функциональных возможностей за счет возможности применения прямого и обратного способов цементирования . Для этого над цементировочным отверстием 4 корпуса установлена дополнительная подвижная втулка 16. Последняя выполнена с элементом захвата цементировочной пробки. Она выполнена с осевым каналом 19, циркуляционными отверстиями 20, посадочным седлом 21 в нижней части осевого канала, запорным элементом 22 помещенным на посадочном седле, и ограничителем верхнего перемещения запорного элемента, помещенного выше циркуляционных отверстий. Корпус снаружи выполнен с кольцевым выступом, разделяющим кольцевую полость 3 в средней ее части на верхнюю и нижнюю камеры. Выступ выполнен с радиальными каналами, перекрытыми клапанами, под которые основная подвижная втулка 14 выполнена с ответными радиальными каналами и установлена с возможностью их совмещения. Устр-во имеет хвостовик золотника 6. который по всей длине выполнен с продольными пазами и прорезями В последних установлены ограничители верхнего перемещения золотника, фиксатор которого помещен между его хвостовиком и корпусом. Над золотником 6 перепускная камера заполнена консистентной смазкой Цементирование верней ступени осуществляют с помощью пробки. 2 ил. W ё о СП Ю СП Ј Фиг. ч

СОЮЭ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)ю Е 21 В 33/14

ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Фиг.4 (21) 4466487/03 (22) 03.07.88 (46) 30.05.91. Бюл. ¹ 20 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт буровой техники (72) П.А.Чуев, Л.Х.Фарукшин, Ю.Ç.Цырин и

П.А.Моржиц (53) 622.245.42 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 840300, кл. Е 21 В 33/14, 1979.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1002525, кл. Е 21 В 33/14, 1981. (54)УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТУПЕНЧАТОГО

ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ СКВАЖИН (57) Изобретение относится к бурению нефтяных и газовых скважин. Цель — повышение надежности работы устр-ва и возможности расширения его функциональных возможностей за счет возможности применения прямого и обратного способов цементирования, Для этого над цементировочным отверстием 4 корпуса установлена дополнительная подвижная втулка 16. Последняя выполнена с элементом захвата цементировочной пробки. Она выполнена с осевым каналом 19, циркуляционными отверстиями 20, посадочным седлом 21 в нижней части осевого канала, запорным элементом 22, помещенным на посадочном седле, и ограничителем верхнего перемещения запорного элемента, помещенного выше циркуляционных отверстий. Корпус снаружи выполнен с кольцевым выступом, разделяющим кольцевую полость 3 в средней ее части на верхнюю и нижнюю камеры.

Выступ выполнен с радиальными каналами, перекрытыми клапанами, под которые основная подвижная втулка 14 выполнена с ответными радиальными каналами и установлена с воэможностью их совмещения.

„„ Ы„„1652514 А1

Устр-во имеет хвостовик золотника 6, который по всей длине выполнен с продольными пазами и прорезями. В последних установлены ограничители верхнего перемещения золотника, фиксатор которого помещен между его хвостовиком и корпусом. Над золотником 6 перепускная камера заполнена консистентной смазкой. Цементирование верней ступени осуществляют с помощью пробки. 2 ил.

1652514

10

20

35

50

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

Целью изобретения является повышение надежности работы устройства, На фиг.1 схематично изображено предлагаемое устройство; на фиг,2 — то же, процесс цементирования прямым способом; на фиг.3 — то же, обратным способом; на фиг.4— то же, окончание цементирования.

Устроиство включает полыи корпус 1 и кожух 2, образующие между собой кольцевую полость 3 и выполненные с цементировочными отверстиями соответственно 4 и 5, золотник 6 с хвостовиком 7, фиксатор 8.

Кроме того, корпус 1 и кожух 2 выполнены соответственно с радиальными каналами 9 и 10. Золотник 6 с хвостовиком 7 помещен в верхней части кольцевой полости и образует с корпусом 1 и кожухом 2 перепускную камеру 11, В нижней части кольцевой полости 3 помещен кольцевой поршень 12 с фиксаторами, Под кольцевым поршнем 12 помещен уплотнительный элемент пакера 13. Внутри корпуса 1 помещена подвижная втулка 14 с седлом под цементировочную пробку 15.

При этом внутри корпуса в верхней его части помещена дополнительная подвижная втулка 16, установленная над цементировочными отверстиями 4 корпуса. Сам корпус 1 выполнен с элементом захвата цементировочной пробки, выполненным, например, в виде кольцевой канавки 17, куда входят фиксаторы 18 цементировочной пробки, выполненной с осевым каналом 19, циркуляционными отверстиями 20, посадочным седлом 21 в нижней части осевого канала, запорным элементом 22, помещенным на посадочном седле 21 и ограничителем 23 верхнего перемещения запорного элемента 22, помещенного выше циркуляцио н н ых отверстий 20.

Корпус I выполнен с кольцевым выступом 24, разделяющим кольцевую полость 3 в средней ее части на верхнюю 25 и нижнюю

26 камеры. Кольцевой выступ 24 выполнен с радиальными каналами 27, перекрытыми обратными клапанами 28, под которые основная подвижная втулка 14 выполнена с ответными радиальными каналами 29 и установлена с возможностью их совмещения, Хвостовик 7 золотника 6 по всей длине выполнен с продольными пазами 30 и прорезями 31, в которых установлены ограничители 32 верхнего перемещения золотника, фиксатор 8 которого помещен между его хвостовиком и корпусом. Перепускная камера 11 над золотником 6 заполнена консистентной смазкой.

Подвижная втулка 14 зафиксирована на корпусе с помощью срезных штифтов 33.

Кольцевой поршень зафиксирован на кожухе штифтами 34. Цементирование верхней ступени осуществляется с помощью пробки

35, Устройство устанавливается и спускается в скважину на колонне обсадных труб (не показано).

Устройство работает следующим образом.

Цементирование скважины от ее забоя и до глубины установки устройства (первой ступени) производят через башмак обсадной колонны обычным способом с использованием или без использования нижней цементировочной пробки (не показано). При этом наличие консистентной смазки в верхней камере устройства препятствует образованию над золотником осадка из твердых частиц. содержащихся в скважинной жидкости (буровом растворе).

Для приведения уплотнительного элемента пакера в действие (фиг,2) в обсадную колонну сбрасывают запорный элемент в виде цементировочной пробки 15, которая, двигаясь по обсадной колонне под действием собственного веса или с потоком закачиваемой в скважину жидкости, садится на седло подвижной втулки 14, перекрывая внутренний канал устройства. После этого в обсадной колонне над пробкой создают заданное избыточное давление, при котором происходит срез штифтов 33 и перемещение подвижной втулки 14 вниз до упора и совмещение ее радиальных каналов 29 с радиальными каналами 27. При этом избыточное давление из обсадной колонны через радиальные каналы 29 и 27 и обратные клапаны передается в заполненные жидкостью верхние и нижние камеры 25 и 26. Под действием осевого усилия от избыточного давления происходит срез штифтов 34, кольцевой поршень 12 перемещается вниз, расширяя уплотнительный элемент 3 пакера до герметичного прижатия к стенкам скважины, и закрепляется в этом положении фиксатором. При дальнейшем повыше-, нии избыточного давления над цементировочной пробкой происходит срез винтов 8, перемещение золотника 6 вверх до упора в винты 32 и совмещения его радиальных каналов с цементировочными отверстиями 4 и 5, корпуса и кожуха и закрепление в этом положении фиксатором с одновременным вытеснением консистентной смазки из перепускной камеры

11 через радиальные каналы 10 кожуха в затрубное пространство скважины. При этом наличие в устройстве заполненных жидкостью камеры под золотником 6 и вер1652514 хней камеры над ним с радиальными каналами 10, а в золотнике — продольных пазов

30 для перетока жидкости из верхней камеры 25 в кольцевую камеру между верхним торцом кольцево о выступа и золотником 6 и прорезей с установленными в них винтами

32,обеспечивает плавный сдвиг золотника 6 и надежное открытие цементировочных отверстий устройства после пакеровки затрубного пространства скважины без резкого снижения избыточного давления в обсадной колонне. Наличие обратных клапанов обеспечивает сохранение избыточного давления жидкости в верхней и нижней камерах и надежную фиксацию кольцевого поршня 12 и золотника 6 при пакеровке затрубного пространства скважины и в процессе цементирования ее выше устройства.

Через радиальные каналы золотника 6 и цементировочного отверстия 4 корпуса и кожуха 2 (фиг,2) производится промывка и цементирование скважины выше устройства (второй ступени) прямым или обратным способом.

При цементировании скважины выше устройства прямым способом, после закачивания второй порции тампонажного раствора в обсадную колонну пускают верхнюю цементировочную пробку. Путем закачивания в обсадную колонну на пробку продавочной жидкости производят продавливание тампонажного раствора в затрубное пространство скважины выше устройства через радиальные каналы и цементировочные отверстия. Двигаясь по обсадной колонне, пробка 35 (фиг.2) садится на дополнительную подвижную втулку 16 устройства, что контролируется резким повышением давления цементирования и прекращением циркчляции жидкости из скважины. При создании над пробкой 35 расчетного избыточного давления ее штифты срезаются и дополнительная подвижная втулка 16 перемещается вниз до герметичного перекрытия цементировочных отверстий 4, При дальнейшем увеличении избыточного давления над пробкой происходит повышение давления под ней, срез стопорных винтов 32 и дальнейшее перемещение уплотнительной подвижной втулки

16 вместе с пробкой 35 вниз с одновременным вытеснением части объема жидкости через радиальные каналы 29 и 27 в камеру под золотником 6. При этом золотник перемещается в крайнее верхнее положение с одновременным вытеснением консистентной смазки иэ перепускной камеры 11 через радиальные каналы 10 в затрубное пространство скважины и закрепляется в этом положении фиксатором. При дальнейшем 2

55 повышении избыточного давления над пробкой 35 цементировочной пробкой 15 до расчетной величины, происходит срез стопорных штифтов 33 и подвижная втулка 14 вместе с цементировочной пробкой 15 перемещаются вниз до у )юра. При этом подвижная втулка герметично перекрывает радиальные каналы корпуса и фиксируется, Для цементирования скважины выше устройства обратным способом, при ее промывке в обсадную колонну пускают специальную цементировочную пробку с осевым каналом 19 и циркуляционными отверстиями 20, запорным клапаном в виде шара 22 и фиксатором 18 (фиг.4), Двигаясь по обсадной колонне, пробка садится на дополнительную подвижную втулку 16 и закрепляется в этом положении фиксатором

18, взаимодействующим с кольцевой канавкой 17. Моментпосадки пробки на дополнительную подвижную втулку 16 устройства контролируется резким повышением давления промывки и прекращением циркуляции жидкости из скважины. После этого в затрубное пространство скважины закачивают вторую порцию тампонажного раствора и продавочную жидкость из расчета обеспечения заданной высоты цемента за обсадной колонной выше глубины установки устройства. При этом вытеснение жидкости из затрубного пространства скважины во внутреннюю полость обсадной колонны и по ней на поверхности происходит через радиальные каналы и цементировочные отверстия 4 и 5 устройства и циркуляционные отверстия 20 пробки при крайнем верхнем положении шара 22, После закачивания в затрубное пространство расчетных обьемов тампонажного раствора и продавочной жидкости производится закрытие цементировочных отверстий и радиальных каналов устройства. Для этого прекращают закачивание жидкости в затрубное пространство скважины и производят ее закачивание в обсадную колонну и перекрытие осевого канала 19 шаром 22. Повышением избыточного давления в обсадной колонне над пробкой до расчетных величин производится последовательный срез штифтов и стопорных винтов. перемещение дополнительной подвижной втулки 16, золотника и основной подвижной втулки 14 до герметичного перекрытия цементировочных отверстий и радиальных каналов устройства.

Герметичность перекрытия цементировочных отверстий и радиальных каналов устройства и надежность закрепления золотника и нижней втулки фиксаторами

1652514 проверяется снижением избыточного давления в обсадной колонне до нуля.

После затвердения цемента производится разбуривание элементов устройства, а также цементного стакана между ними. 5

Формула изобретения

Устройство для ступенчатого цементирования скважин, включающее полый корпус и кожух, образующие между собой 10, кольцевую полость и выполненные с цемен, тировочными отверстиями, золотник с хвостовиком, фиксатором и радиальными каналами, помещенный в верней части кольцевой полости и образующий с корпу- 15 сом и кожухом перепускную камеру, кольцевой поршень с фиксаторами, помещенный в нижней части кольцевой полости, уплотнительный элемент пакера, размещенный под кольцевым поршнем, основную подвижную 20, втулку с седлом, помещенную внутри корпуса, и цементировочную пробку, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения надежности работы устройства и возможности расширения его функциональных воз- 25 можн остей за счет возможности применения прямого и обратного способов цементирования, оно снабжено дополнительной подвижной втулкой, установленной над цементировочными отверстиями корпуса и выполненной с элементом захвата цементировочной пробки, выполненной с осевым каналом, циркуляционными отвеостиями, посадочным седлом в нижней части осевого канала, запорным элементом, помещенным на посадочном седле, и ограничителем верхнего перемещения запорного элемента, помещенного выше циркуляционных отверстий, корпус снаружи выполнен с кольцевым выступом. разделяющим кольцевую полость в средней ее части на верхнюю и нижнюю камеры, который имеет радиальные каналы, перекрытые обратными клапанами и под которые основная подвижная втулка выполнена с ответными радиальными каналами и установлена с возможностью их совмещения, à хвос говик золотника по всей длине выполнен с продольными пазами и прорезями, в которых установлены ограничители верхнего перемещения золотника, фиксатор которого помещен между его хвостовиком и корпусом, при этом перепускная камера заполнена

KoHcvIcTekTHQA смазкой, 1652514

Заказ 1753 Тираж 368 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

2д

Z5

27

14

Составитель ВХришанов

Редактор Ю.Середа Техред M,Moðãåêòàë Корректор Л.Бескид

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, уп.Гагарина. IQI

27

29