Способ манжетного цементирования обсадной колонны, устройства для его осуществления и нижняя цементировочная пробка

 

Изобретение относится к горной промети и предназначено для крепления скважин . Цель - повышение эффективности спуска обсадной колонны и повышение надежности герметизации заколонного пространства . Для этого спуск колонны производят с открытыми цементировочными отверстиями. Последние перед пакеровкой заколонного пространства закрывают цементировочной пробкой, через которую в подпакерное пространство последовательно нагнетают позиции расширяющей добчвки и тампонажного раствора. Затем продавкой цементировочной пробки цементировочные отверстия открывают. По окончании продавки производя г допакеровку заколонного пространства. В устр-ведля осуществления данного способа уплотнительный элемент выполнен с винтовой внутренней и волнообразной наружной поверхностями. Устр-во имеет корпус с нагнетательными каналами с обратными клапанами. Ниже нагнетательных каналов расположена разбуриваемая втулка. Корпус имеет кольцевую проточку, которая в нижней части выполнена с кольцеобразной выточкой с радиальными отверстиями. Они сообщают кольцеообразную выточку с полостью корпуса . Цементировочные отверстия размещены на уровне кольцеообразной выточки. Нижний конец верхней срезной втулки размещен в последней выше цементировочных отверстий. Данный способ и устр-во позволяют , предупредив неуправляемую кольматацию, сохранить естественные коллекторские свойства продуктивного пласта , исключить гидравлическую связь с вышележащими насыщенными флюидами, возможно с аномально высокими давлениями , пластами. 3 с.п. ф-лы, 6 ил. (Л 4 VI ю

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„5U„„1677264 А1 (si)s Е 21 В 33/14

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ЮФ

1,. 1 1 м 1

) 1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Изобретение относится к горной промышленности, а точнее к креплению скважин, в частности к способам цементирования обсадной колонны и устройствам для их осуществления. герметизации заколонного пространства.

На фиг.1 изображено устройство в транспортном положении; на фиг.2 — то же, перед пакеровкой заколонного пространства: на фиг,З вЂ” то же, по окончании пакеровки заколонного пространства; на фиг.4- то же, в процессе продавки тампонажного раствора. в кольцевое пространство выше устройЦель изобретения — повышение эффективности процесса спуска обсадной колонны и повышение надежности (21) 4716959/03 (22) 10.07.89 (46) 15.09.91. Бюл. № 34 (71) Уфимский нефтяной институт (72) Н.А,Петров, Ф,А.Агзамов и А.Г.Селезнев (53) 622.245.42 (088,8) (56) Гайворонский А,А. и Цыбин A,А. Крепление скважин и разобщение пластов, М.: Недра, 1981, с. 107-109, Авторское свидетельство СССР

¹ 1469102, кл.. Е 21 В ЗЗ/14, 1987, (54) СПОСОБ МАНЖЕТНОГО ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ ОБСАДНОЙ КОЛОННЫ, УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ И

НИЖНЯЯ ЦЕМЕНТИРОВОЧНАЯ ПРОБКА (57) Изобретение относится к горной промсти и предназначено для крепления сква- жин. Цель — повышение эффективности спуска обсадной колонны и повышение надежности герметизации заколонного пространства. Для этого спуск колонны производят с открытыми цементировочными отверстиями, Последние перед пакеровкой заколонного пространства закрывают цементировочной пробкой, через которую в подпакерное пространство последовательно нагнетают позиции расширяющей добавки и тампонажного раствора. Затем продавкой цементировочной пробки цеменгировочные отверстия открывают. По окончании продавки производя r допакеровку заколонного пространства. В устр-ве для осуществления данного способа уплотнительный элемент выполнен с винтовой внутренней и волнообразной наружной поверхностями.

Устр-во имеет корпус с нагнетательными каналами с обратными клапанами. Ниже нагнетательных каналов расположена разбуриваемая втулка. Корпус имеет кольцевую проточку, которая в нижней части выполнена с кольцеобразной выточкой с радиальными отверстиями, Они сообгцают кольцеообразную выточку с полостью корпуса. Цементировочные отверстия размещены на уровне кольцеообразной выточки.

Нижний конец верхней срезной втулки размещен в последней выше цементировочных отверстий. Данный способ и устр-во позволяют, предупредив неуправляемую кольматацию, сохранить естественные коллекторские свойства продуктивного пласта, исключить гидравлическую связь с вышележащими насыщенными флюидами, возможно с аномально высокими давлениями, пластами. 3 с.п. ф-лы, 6 ил.

50 ства; на фиг,5 — то же, в процессе допакеровки заколонного пространства; на фиг,6— пакер в конечном положении.

Устройство для манжетного цементирования обсадной колонны состоит из корпуса

1 гидравлического пакера с цементировочными отверстиями 2 и нагнетательным каналом 3, снабженным обратным клапаном, 4, кольцевой проточки 5 под верхнюю втулку 6 с разрезным пружинным 7 и уплотнительными 8 кольцами, зафиксированной срезным элементом, в нижней части кольцевой проточки 5 выполнена кольцеобразная выточка 9. Под разрезное пружинное коль цо 7 на корпусе 1 выполнена проточка 10, а

1 внизу кольцеобразной выточки 9 выполнены радиальные отверстия 11, сообщающие ее с полостью корпуса 1, На корпусе 1 закреплен обжимными стаканами уплотни тельный элемент 12 с винтовой 13 внутренней

,и волнообразной14наружнойповерхностями., Н иже нагн етательного канала 3 срезным

,элементом 15 зафиксирована разбури ваемая втулка 16 с посадочным седлом под ( нижнюю цементировочную пробку-контей нер, а с корпусом 1 соединен упорный переводник l7. Устройство содержит также специальную пробку-контейнер и продавоч ную пробку 18. На стержне 19 пробки-кон тейнера закреплены манжеты 20 с ,полусферической уплотняющей поверхностью, разделенные и удерживаемые метал лической обоймой 21, Между нижней ,манжетой 20 и посадочным конусом 22 стержня 19 выполнены выходное и дополнительное боковые отверстия 23 и 24, сообщающиеся с центральным каналом 25, заполненным расширяющей добавкой тампона>кного раствора. Вверху канала расположен поршень 26, высота которого меньше расстояния между боковыми отверстиями .

23 и 24, перекрытыми обратным клапаном

27 и диафрагмой 28. Последняя посредством гибкой связи 29 соединена с наружной поверхностью стержня 19, Гидравлический акер располагается между цементируемой

30 и нецементируемой 31 обсадными колоннами.

Устройство для манжетного цементирования обсадной колонны работает следующим образом.

В процессе спуска обсадной колонны

30 цементировочные отверстия 2 открыты (фиг.1). Вытесняемая промывочная жидкость перетекает из пространства ниже устройства в пространство выше устройства как по кольцевому пространству. где против уплотнительного элемента 12 с волнообразной поверхностью 14 турбулизируется, создавая области повышенного давления, при

40 этом скорость потока сохраняется или снижается, так и по внутриколонному пространству, где часть продолжает движение, а часть перетекает через цементировочные отверстия 2 в заколонное пространство.

При незначительном подьеме для освобождения от клиньев ротора или открытия элеватора после поворота очередной трубы промывочная жидкость из кольцевого пространства выше устройства частично перетекает и внутрь колонны. Преждевременное открытие обратного клапана 4 и подсос промывочной жидкости в полость уплотнительного элемента 12 не происходят.

Сглаживание пульсаций гидродинамического давления позволяет исключить отрицательное влияние неуправляемой кольматации ниже лежащих продуктивных пластов.

В процессе цементирования передтампонажным раствором сбрасывают пробкуконтейнер, заполненную расширяющей добавкой, а над тампонажным раствором помещают продавочную пробку 17. Пробкаконтейнер, сев на посадочное седло разбуриваемой втулки 16, останавливается (фиг.2). При этом пробкой-контейнером закрывают цементировочные отверстия 2.

Вследствие повышения давления поршень

26 продолжает движение вниз, диафрагма

28 выбивается из бокового отверстия 24 и повисает на гибкой связи 29, что предупреждает засорение нагнетательных каналов

3. Осуществляют пакеровку заколонного пространства. Открывается обратный клапан 4 и расширяющей добавкой заполняют камеру уплотнительного элемента 12, Поршень 26 опускается ниже бокового отверстия 24, вытесняя расширяющую добавку через боковое отверстие 23 при открытом клапане 27. Вслед за поршнем 26 через центральный канал 25 и боковые отверстия 24 пробки-контейнера в подпакерное пространство нагнетают тампонажный раствор, поток которого ввиду винтовой 13 внутренней поверхности уплотнительного элемента 12 приобретает круговое вращение, тщательно перемешивается с расширяющей добавкой (фиг.3). После заполнения подпакерного пространства давление вновь повышается. Срезной элемент 15 освобождает раэбуриваемую втулку 16 и последняя вместе с пробкой-контейнером опускается, тем самым открывают цементировочные отверстия 2 и осуществляют прямую продавку тампонажного раствора промывочной жидкостью в заколонное пространство выше пакера (фиг,4).

При посадке продавочной пробки 17 на верхнюю втулку 6 давление внутри колонны

1677264 повышается, срезаются срезные элементы втулки 6 и ею закрывают цементировочные отверстия 2. Тампонажный раствор, находящийся в кольцеообразной выточке 9 ниже цементировочного отверстия 2, вытесняется через радиальные отверстия 11 внутрь.

Если последняя порция тампонажного раствора имеет невысокую степень снижаемости, давление повышается и под продэвочной пробкой 18, поэтому открывается обратный клапан 4, тем самым производят допакеровку зэколонного пространства (фиг.5). В конечном положении верхняя втулка 6 фиксируется разрезным кольцом 7 в проточке 10 корпуса 1. После этого давление внутри колонны 30 сбрасывают, а скважина оставляется на ожидание затвердения цемента (ОЗЦ), Технико-экономическая эффективность изобретения заключается в создании благоприятных условий спуска обсадной колонны как для нижележащих продуктивных пластов, так и для работы устройства, поскольку происходит перераспределение потоков промывочной жидкости, сглаживание пульсаций гидродинамического давления, предупреждается преждевременное заполнение подпакерного пространства скважинной жидкостью, Кроме того, повышается надежность герметизации заколонного пространства как нагнетанием в камеру уплотнительного элемента расширяющей добавки с перемешиваемым тампонажным раствором, так и допакеровкой заколонного пространства по окончании продавки тампонажного раствора.

Использование способа и устройств позволяет, предупредив неуправляемую кольматацию, сохранить естественные коллекторские свойства продуктивного пласта, исключить гидравлическую связь с вышележащими насыщенными флюидами (возможно с аномально высокими давлениями) пластами, а значит, заколонные перетоки или преждевременное заводнение, что в целом направлено на охрану недр, увеличение дебитов и сроков эксплуатации скважины.

Формула изобретения

1. Способ манжетного цементировэния обсадной колонны, включающий спуск колонны, установку гидравлического пэкера, пакеровку заколонного пространства, открытие цементировочных отверстий и продавку тампонажного раствора в заколонное пространство выше пакера, затем закрытие цементировочных отверстий и сброс давления, о т к и ч а ю шийся тем, что, с целью

55 повышения эффективности процесса спуска обсадной колонны и повышения надежности герметизации заколонного пространства, спуск колонн производят с открытыми цементировочными отверстиями, которые перед пакеровкой эаколонного пространства закрывают цементировочной пробкой, из и через которую в подпакерное пространство последовательно нагнетают порции расширяющей добавки и тампонажного раствора, после чего продавкой цементировочной пробки цементировочные отверстия открывают, а по окончании продавки производят допакеровку заколонного пространства.

2. Устройство для манжетного цементирования обсадной колонны, включающее полый корпус гидравлического пакера с нагнетательными каналами, цементировочными отверстиями и кольцевой проточкой под верхнюю срезную втулку, нижнюю раэбуриваемую втулку, размещенный на корпусе уплотнительный элемент, полость которого сообщена нагнетательными камерами с полостью корпуса, переводник и цементировочные пробки, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что уплотнительный элемент выполнен с винтовой внутренней и волнообразной наружной поверхности, нагнетательные каналы снабжены обратными клапанами, а разбуриваемая втулка расположена ниже нэгнетательных каналов, причем кольцевая проточка в нижней части выполнена с кольцеообразной выточкой с радиальными отверстиями, сообщающими последнюю с полостью корпуса, цементировочные отверстия размещены на уровне кольцеобразной выточки, а нижний конец верхней срезной втулки размещен в последней выше цементировочных отверстий.

3, Нижняя цементировочная пробка, включающая стержень с центральным каналом и выходным отверстием, перекрытым диафрагмой, поСадочный конус в нижней части стержня, манжеты, разделенные и удерживаемые на стержне обоймой, и поршень, размещенный в верхней части центрального канала стержня, о т л и ч а ю щ а яс я тем, что выходное отверстие расположено сбоку между нижней манжетой и посадочным конусом, в стержне ниже выходного отверстия выполнено дополнительное боковое отверстие, перекрытое обратным клапаном, причем центральный канал под поршнем заполнен расширяющей добавкой, высота поршня меньше расстояния между боковыми отверстиями, а диафрагма соединена гибкой связью со стержнем.

1б77264

167726, 1 677264

Ф агб

Составитель В.Никулин

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор M.Êó÷åpÿâàÿ

Редактор Н.Швыдкая

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

Заказ 3093 Тираж 3-18 Подписное

ВНИИПИ Государственно о комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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