Устройство для ступенчатого цементирования скважин

 

Изобретение относится к горной промети и используется при ступенчатом цементировании скважины. Цель - повышение эксплуатационной технологичности и надежности работы устройства. Устройство содержит полый корпус (К) 1 с боковыми уравнительными каналами 2 и циркуляционными отверстиями 3. Боковые уравнительные каналы 2 гидравлически соединяют внешнее пространство с дифференциальным золотником 11, зафиксированным а К 1 посредством полого штифта 12. Внутри К 1 против циркуляционных отверстий 3 установлена с возможностью осевого перемещения втулка (В) 7 с радиальными каналами в виде продольных щелей 8. На К 1 выполнен верхний 15 и нижний 16 упоры, между которыми размещен шаговый толкатель 14. На наружной поверхности К 1 размещен обратный клапан, включающий эластичный рукав 4 с заслонкой 5, закрепленной на К 1 бандажом 6. На В 7 выполнена кольцевая Ё s Ч| 00 VI

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (и)ю Е 21 В 33/14

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

k аваев

О

V

00 4

/5

П

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4692964/03 (22) 17.05.89 (46) 23.01.92. Бюл. М 3 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт буровой техники (72) В.И.Ванифатьев, Ю.З.Цырин, С.Н.Силуянов, Г.К.Каэаров, Б.А,Вацик и А.А.Домальчук (53) 622.245.42 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 717287. кл. Е 21 В 33/14, 1978.

Авторское свидетельство СССР

М 1027368, кл. Е 21 В 33/14, 1981, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТУПЕНЧАТОГО

ЦЕМЕНТИРОВАНИИ СКВАЖИН (57) Изобретение относится к горной промсти и используется при ступенчатом цементировании скважины, Цель — повышение

1,, Я2„, 1707187 А1 эксплуатационной технологичности и надежности работы устройства. Устройство содержит полый корпус (К) 1 с боковыми уравнительными каналами 2 и циркуляционными отверстиями 3. Боковые уравнительные каналы 2 гидравлически соединяют внешнее пространство с дифференциальным золотником 11, зафиксированным s К 1 посредством полого штифта 12. Внутри К 1 против циркуляционных отверстий 3 установлена с воэможностью осевого перемещения втулка (В) 7 с радиальными каналами в виде продольных щелей 8. На К 1 выполнен верхний 15 и нижний 16 упоры, между которыми размещен шаговый толкатель 14.

На наружной поверхности К 1 размещен обратный клапан, включающий эластичный рукав 4 с заслонкой 5, закрепленной на К 1 бандажом 6. На В 7 выполнена кольцевая

1707187 наружная проточка 9. Разделительный элемент выполнен в виде пробки иэ высокоэластичного материала, например, поролона.

На первой ступени цементирования при прохождении через К 1 продавочная пробка разрушает полый штифт 12, освобождая при этом от фиксации дифференциальный золотник 11, После окончания цементирования первой ступени золотник 11 с толкателем 14 перемещается вниз, При этом пружинные лапы толкателя 14 перемещаютИзобретение относится к области строительства скважин, а именно к устройствам для ступенчатого цементирования, Известно устройство для ступенчатого цементирования. включающее корпус с цементировочными отверстиями, нижнюю и верхнюю втулки, установленные в корпусе на среэных штифтах, и посадочные седла.

Устройство имеет недостаточную эксплуатационную технологичность и надежность в работе, так как разрыв во времени между первой и второй ступенями цементирования, вызванный необходимостью пуска шара для открытия циркуляционных отверстий муфты создает аварийную ситуацию, вызванную схватыванием в затрубном пространстве тампонажного раствора, поднятого выше муфты при цементировании первой ступени, и при раэбуривании шара, пробок, седел и цементного стакана между ними возможны случаи разгерметизации устройства.

Известно устройство для ступенчатого цементирования скважин, включающее корпус с осевым каналом и боковыми отверстиями, сообщающими наружное пространство с дифференциальным золотником, зафиксированным в корпусе cp83HblM элементом и циркуляционным, разобщенными от осевого канала, с возможностью сообщения с иим через каналы втулки. Недостатками этого устройства являются возможность преждевременного срабатывания прв1 невредввц ениых повышениях давления в процессе цемвнтирования скважины и иеобхад ваость приготовления и закачивания а обсадную колонну вслед за расчетным обьФмом тампонажного раствора специальной порции вязкоупругого состава. в объем которого вводят запорные шарики.

Цеяьа предлагаемого изобретения является повышение эксплуатационной технологичности и надежности устройства, Укавемная цель достигается тем, что в устройстве, включающем корпус с осевым ся в проточку 10 В 7. При повышении добавления внутри обсадной колонны золотник

11 перемещается в верхнее положение и сдвигает В 7 до совмещения отверстий в В

7 и К 1, В этом положении проводится промывка и закачка расчетного объема тампонажного раствора, вслед за которым пускают высокоэластичную пробку. Пробка перекрывает отверстия 8, а на поверхности фиксируется сигнал о завершении цементирования второй ступени, 1 з.п.ф-лы, 5 ил. каналом и боковыми отверстиями-уравнителями, сообщающими наружное пространство с дифференциальным золотником, зафиксированным в корпусе срезным элементом, и циркуляционными, разобщенными от осевого канала с возможностью сообщения с ним через каналы установленной последовательно с золотником втулки, каналы втулки включают сектор щелевых боковых отверстий, перекрываемых в осевом канале высокоэластичной, например, поролоновой, разделительной пробкой, с возможностью их сообщения с циркуляционными отверстиями корпуса, снабженными обратным клапаном, а дифференциальный золотник соединен с втулкой шаговым толкателем и установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения между двумя упорами, выполненными в корпусе.

Наличие в канале втулки сектора щелевых боковых отверстий, перекрываемых в осевом канале высокоэластичной (например, поролоновой) разделительной пробкой исключает необходимость приготовления и эакачивания в колонну в процессе ее цементирования специальной порции вязкоупругого состава с запорными шариками и, таким образом, исключаются дополнительные операции при проведении процесса цементирования, т,е. повышается эксплуатационная технологичность процесса. Снабжение циркуляционных отверстий корпуса обратным клапаном исключает поступление тампонажного раствора иэ затрубного пространства после окончания процесса цементирования и обеспечивает возвратное перемещение дифференциального золотника после снятия давления в цементировочной головке. Подвижное соединение дифференциального золотника посредством шагового толкателя с втулкой и его возвратно-поступательное перемещение обеспечивает последовательное совме5

1707187 щение сектора щелевых боковых отверс1ий втулки с циркуляционными отверстиями корпуса для проведения процесса цементирования и надежную герметизацию этих отверстий после окончания процесса цементирования.

На фиг, 1 изображено устройство, транспортное положение; на фиг. 2 — то же, после окончания цементирования первой ступени и сброса давления в цементировочной головке; на фиг. 3 — то же, в процессе цементирования второй ступени; на фиг, 4— то же, в момент окончания цементирования второй ступени и сброса давления в цементировочной головке; на фиг. 5 — то же, в момент герметичного перекрытия циркуляционных отверстий корпуса.

Устройство ступенчатого цементировэния скважин состоит из полого корпуса 1 с уравнительными 2 и циркуляционными 3 отверстиями, перекрытыми обратным клапаном, включающим эластичный рукав 4 с заслонкой 5, закрепленный на корпусе бандажом 6, втулки 7. включающей сектор щелевых боковых отверстий 8, кольцевую канавку 9 и внутренние кольцевые проточки

10, дифференциального золотника 11, закрепленного на корпусе посредством срезаемого полого штифта 12 и шариков 13, шагового толкателя 14, размещенного в канавке дифференциального золотника, упоров 15 и 16, выполненных в корпусе для ограничения перемещения дифференциального золотника. Необходимую герметичность устройства обеспечивают уплотнительные кольца 17. При необходимости втулка 7 может быть снабжена упорным пружинным элементом для исключения ее обратного хода, а также зафиксирована в корпусе срезным элементом (не показано), Устройство работает следующим образом.

На первой ступени цементирования при прохождении по обсадной колонне и осевому каналу полого корпуса 1 цементировочной пробки (не показана) последняя разрушает срезной полый штифт 12. освобождая при этом от фиксации дифференциальный золотник 11, После окончания процесса цементирования первой ступени, посадки цементировочной пробки на стопкольцо и сброса давления в цементировочной головке дифференциальный золотник

11 с шаговым толкателем 14 под действием давления, передаваемого через радиальное отверстие 2, перемещается вниз. при этом пружинные лапы шагового толкателя 14 помещаются в нижнюю кольцевую проточку

10 верхней втулки 7. Необходимым услови5

55 ем перемещения дифференциального золотника 11 вниз является превышение заколонным давлением внутриколонного, Данное превышение обеспечивается подьемом тампонажного раствора (большей плотности, чем продавочная жидкость) выше установки устройства на 50-100 м или созданием необходимого перепада давления в эатрубном пространстве через устьевой превентор.

При повышении давления в обсадной колонне дифференциальный золотник 11, перемещаясь в верхнее положение, посредством шагового толкателя 14 сдвигает верхнюю втулку 7 до совмещения сектора щелевых боковых отверстий 8 с циркуляционными отверстиями 3 корпуса 1. При совмещении отверстий открывается обратный клапан, проводится промывка и цементирование второй ступени. После закачки расчетного объема тампонажного раствора второй ступени в колонну пускают высокоэластичную, например, поролоновую пробку 18, которая, перемещаясь в процессе продавливания тампонажного раствора второй ступени, достигает интервал установки устройства и под действием потока закупоривает сектор щелевых боковых отверстий 8, вызывая тем самым увеличение давления в обсадной колонне.

Повышение давления в обсадной колонне при закачке расчетного объема тампонажного раствора и продавочной жидкости свидетальствует об окончании процесса цементирования второй ступени. При получении данного сигнала закачивают цементирование скважины. После снятия давления в цементировочной головке закрывается обратный клапан, и дифференциальный золотник 11 с шаговым толкателем

14 под действием давления, передаваемого через радиальные отверстия 2, перемещается вниз, выводя пружинные лапы толкателя

14 из взаимодействия с кольцевой проточкой 10 верхней втулки 7. При дальнейшем повышении давления в обсадной колонне дифференциальный золотник 11, перемещаясь в верхнее положение, посредством шагового толкателя 14 сдвигает верхнюю втулку 7, которая герметизирует циркуляционные отверстия 3 корпуса 1, После этого производят промывку или проработку проходного канала колонны в интервале установки устройства, Предлагаемое устройство защищено от преждевременного срабатывания при любых повышениях давления в обсадной колонне и снабжено щелевым секторным седлом для высокоэлэстичной разделительной пробки, перемещающейся в обсадной

1707187 колонне на второй ступени цементирования. Исключена необходимость приготовления и закачивания в обсадную колонну специальной порции вязкоупругого состава с предварительно введенными в нее запорными шариками, что повышает экономический эффект.

Формула изобретения

1, Устройство для ступенчатого цементирования скважин, включающее полый корпус с циркуляционными отверстиями и боковыми уравнительными каналами, соединяющими внешнее пространство с дифференциальным золотником, зафиксированным в корпусе срезным элементом, втулку с радиальными каналами, установленную внутри корпуса с возможностью осевого перемещения против циркуляционных отверстий, и разделительный элемент, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения эксплуатационной технологичности и надежности в работе, оно снабжено шаговым толкателем, установленным с

5 воэможность возвратно-поступательного перемещения и взаимодействия с дифференциальным золотником и втулкой, и обратным клапаном, размещенным на наружной поверхности корпуса в циркуля10 ционных отверстиях, при этом корпус выполнен с верхним и нижним упорами, между которыми размещен шаговый толкатель, радиальные каналы втулки — s виде продольных щелей, а втулка выполнена с кольцевой

15 наружной проточкой на высоту продольных щелей, причем разделительный элемент выполнен в виде пробки из высокоэластичного материала.

2. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е е20 с я тем, что пробка выполнена из поролона.

1707187

Редактор И. Ванюшкина Техред М.Моргентал Корректор Н, Ревская

Заказ 247 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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