Устройство для цементирования скважин

 

Изобретение относится к области горной промышленности и используется при цементировании скважин. Цель - повышение эффективности работы устройства. Устройство имеет корпус 1 (К 1), внутри которого посредством срезных элементов 2 закреплена подвижная втулка 3 (ПВ 3) с седлом 4 под шар. Под ПВ 3 размещена труба 6 (Т 6), жестко соединенная с ПВ 3. В нижней части Т 6 на ее наружной поверхности установлена направляющая втулка 7 с продоль

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (s1)s Е 21 В 33 /14

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ, СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4805469/03 (22) 23.03.90 (46) 23.05.92. Бюл. N 19 (71) Пермский государственный научно-исследовательский и проектный институт нефтяной промышленности (72) Н, И. Крысин, B. А. Караваев, С. В. Щелчков, О. B. Носкова и Н, А. Поздеева (53) 622.245.42(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 732500, кл. Е 21 В 33/14, 1978.

Авторское свидетельство СССР

N 488001, кл. Е 21 В 33/14, 1973, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ СКВАЖИН (57) Изобретение относится к области горной промышленности и используется при цементировании скважин. Цель — повышение эффективности работы устройства. Устройство имеет корпус 1 (К 1); внутри которого посредством срезных элементов 2 закреплена подвижная втулка 3 (ПВ 3) с седлом 4 под шар, Под ПВ 3 размещена труба

6 (Т 6), жестко соединенная с П В 3. В нижней части Т 6 на ее наружной поверхности установлена направляющая втулка 7 с продоль0

1735573

10 ными пазами 8. В нижней части К 1 размещен направляющий стакан 9. Направляющий стакан 9 и направляющая втулка 7 жестко соединены между собой кожухом 10 с продольными пазами 11. Внутренняя полость 13 К 1 гидравлически соединена гибкими шлангами 12 с каналами 14, выполненными в теле ПВ 3. Верхняя часть направляющей втулки 7 выполнена в виде усеченного конуса с направляющими 15, в которых размещены выходные концы гибких шлангов. ПВ 3 подпружинена относительно К 1 пружиной 16, Выходные концы гибких шлангов соединены гибкими тягами

17 с кожухом 10. Гибкие тяги могут выполИзобретение относится к горной и нефтегазодобывающей промышленности, в частности к устройствам для цементирования скважин, и может быть использовано при бурении и цементировании скважин для очистки каверн от шлама и последующей их изоляции, Известно устройство для цементирования скважин, содержащее корпус с наружным и внутренними патрубками и радиальными отверстиями в них и эластичные рукава, размещенные в кольцевом пространстве между патрубками, при этом каждый из эластичных рукавов с одной стороныы соединен с подвижной втулкой, служа- 15 щей для перекрытия радиальных отверстий наружного патрубка, а с другой стороны жестко прикреплен к внутреннему патрубку ниже радиальных отверстий в нем, Цементный раствор из обсадной колонны через ра- 20 диальные отверстия во внутреннем патрубке поступает в рукав, раздувает его, вытесняя промывочную жидкость из каверны вверх. При полном заполнении рукава цементным раствором открываются ради- 25 альные отверстия в наружном патрубке, после чего цементный раствор из обсадной колонны через радиальные отверстия обоих патрубков поступает в затрубное пространство. 30

Недостатком известного устройства является низкая эффективность работы, так как в процессе цементирования не обеспечивается полное заполнение всего объема каверны тампонажным материалом. Это 35 объясняется тем, что наличие в устройстве упругого элемента — эластичного рукава— между тампонажным материалом и стенканяться из стальных тросов. После вскрытия скважиного интервала кавернообразования в скважину на бурильных трубах опускают устройство. После промывки скважины в трубы сбрасывается шар, который перекрывает Т 6 устройства. Под действием давления срезаются элементы 2 и ПВ 3 перемещается вниз, сжимая пружину 16. При перемещении ПВ 3 выталкивает из К1 гибкие шланги 12. Предварительный натяг пружины

16 позволяет регулировать величину выхода гибких шлангов 12. После промывки каверны в бурильные трубы закачивают расчетный объем тампонажного раствора, а устройство извлекают на поверхность, 1 з, и, ф-лы, 5 ил, ми скважины не позволяет получить плотный контакт между ними, особенно, когда поверхность каверн имеет резкие выступы, при работе с этим устройством требуется высокая точность в определении местоположения каверны и точность установки в ней устройства для цементирования, а также точность в расчете объема, образуемого эластичным рукавом для заполнения его цементным раствором, данное устройство для цементирования применимо только на законченных бурением скважинах, так как такая конструкция не позволяет использовать

его в процессе бурения, При его использовании не достигается очистка ствола скважины и каверн от шлама и глинистой корки.

Известное устройство предназначено только для одноразового использования, Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для цементирования скважин, включающее полый цилиндрический корпус, закрепленную в нем посредством срезных элементов подвижную втулку с седлом под шар, гибкие шланги, гидравлически соединенные с внутренней полостью корпуса, и фиксаторы гибких шлангов.

Однако известное устройство неэффективно в работе, так как такая конструкция устройства для цементирования скважин делает невозможным очистку каверн любого профиля от шлама и глинистой корки, а также не обеспечивает последующее полное заполнение всего объема каверны тампонажным материалом. Это объясняется тем, что гибкие шланги в рабочем состоянии жестко зафиксированы до упора в стенку скважины, в результате чего угол раскрытия

1735573

15

25

50

55 гибких шлангов будет небольшим (меньше

90 ), Такое положение гибких шлангов не позволяет вытеснить при промывке во всем объеме из каверны промывочный глинистый раствор и не обеспечивает полное заполнение каверны тампонажным материалом, Кроме того, такое положение гибких шлангов в рабочем состоянии не позволяет производить перемещение устройства вниз как внутри каверны, так v. по стволу скважины для изоляции нижележащих каверн, что также снижает эффективность работы известного устройства, К тому же, известное устройство одноразового использования, так как без подъема из скважины на поверхность оно не переводится в транспортное положение.

Цель изобретения — повышение эффективности работы устройства путем обеспечения возможности очистки всей поверхности каверны любого профиля и последующего полного заполнения всего ее объема тампонажным материалом за счет придатия выходным концам гибких шлангов положения больше величины прямого угла по отношению к продольной оси корпуса со стороны раскрытия гибких шлангов и обеспечения при этом многократного продольного перемещения устройства с гибкими шлангами в их рабочем положении как вверх, так и вниз ствола скважины с обеспечением при этом возможности вращения устройства вокруг его продольной оси, а также обеспечения возможности перевода устройства в исходное транспортное положение при подъеме его на поверхность после изоляции каверны или при спуске для изоляции нижележащих каверн без подъема на поверхность.

Поставленная цель достигаетсл тем, что устройство для цементирования скважин, включающее полый цилиндрический корпус, закрепленную в нем посредством срезных элементов подвижную втулку с седлом под шар, гибкие шланги, гидравлически соединенные с внутренней полостью корпуса, и фиксаторы гибких шлангов, снабжено направляющей втулкой с продольными пазами на наружной поверхности, направляющим стаканом, кожухом с продольными пазами, гибкими тягами и трубой, при этом направляющий стакан установлен в нижней части корпуса, труба размещена под подвижной втулкой и жестко соединена с последней, а направляющая втулка установлена в нижней части трубы на ее наружной поверхности, причем верхняя часть направляющей втулки выполнена в виде усеченного конуса с направляющими, например, в виде желобов, в которых размещены выходные концы гибких шлангов, и жестко соединена с помощью кожуха с направляющим стаканом, причем подвижная втулка подпружинена относительно корпуса, гибкие тяги одним концом соединены с выходными концами гибких шлангов, а другим концом с кожухом, а подвижная втулка выполнена с каналами, обеспечивающими гидравлическую связь гибких шлангов с внутренней полостью корпуса. При этом гибкие тяги выполнены из стальных тросов.

Такое конструктивное выполнение устройс-: ва для цеме. тирования скважин обеспечиыет очистку всей поверхности каверны любогэ профиля и последующее полное заполнение всего объема каверны тампонажным материалом за счет придания выходным концам гибких шлангов положения больше величины прямого угла по отношению к продольной оси корпуса со стороны раскрытия гибких шлангов, при этом обеспечивается многократное его перемещение с гибкими шлангами в рабочем положении как вверх, так и вниз ствола скважины, обеспечивая при этом возможность вращения вокруг продольной оси; а также обеспечивая возможность перевода в исходное транспортное положение при подъеме на поверхность после изоляции каверны или при спуске для изоляции нижележащих каверн без подъема на поверхность.

Благодаря тому, что к подвижной втулке ниже седла под шар жестко закреплена труба, на нижнем конце которой снаружи установлена направляющая втулка с открытыми продольными пазами на наружной поверхности, а также благодаря тому, что в нижней асти полого цилиндрического корпуса установлен направляющий стакан, который жестко соединен с направляющей втулкой кожухом, причем на трубе между подвижной втулкой и направляющим стаканом размещена пружина, обеспечивается в процессе работы сжатие пружины и, как следствие, продольное перемещение подвижной втулки вниз, в результате чего выходные концы гибких шлангов выводятся из корпуса, приводя устройство в рабочее состояние, При этом жесткость и размеры пружины обеспечивают необходимую величину выхода шлангов из корпуса в зависимости от размера каверны, При снятии нагрузки с и ружин ы обеспечивается перевод уст ройства в исходное транспортное положение для подъема его на поверхность после изоляции каверны либо при спуске для изоляции нижележащих каверн.

Благодаря тому, что верхняя часть направляющей втулки выполнена в виде усеченного конуса с направляющими, 1735573 например, в виде желобов, в которых размещены выходные концы гибких шлангов, а на наружной поверхности втулки выполнены открытые продольные пазы, обеспечивается после сжатия пружины гарантированное придание выходным концам гибких шлангов рабочего положения.

Благодаря тому, что фиксаторы гибких шлангов — гибкие тяги выполнены в виде стальных тросов, обеспечиваются эксплуатационная надежность устройства и придание в рабочем положении выходным концам гибких шлангов положения больше величины прямого угла по отношению к продольной оси корпуса со стороны раскрытия гибких шлангов, что обеспечивает возможность вращения устройства в рабочем состоянии вокруг продольной оси (так как такие фиксаторы обладают гибкостью), а также обеспечивается возможность многократного продольного перемещения устройства с гибкими шлангами в рабочем состоянии как вверх, так и вниз ствола скважины, чем обеспечиваются очистка всей поверхности каверны любого профиля и последующее полное заполнение через гибкие шланги всего объема каверны тампонажным материалом, Такое конструктивное выполнение устройства позволяет проводить изоляцию выше- и нижележащих каверн без подъема устройства на поверхность.

На фиг, 1 изображено устройство для цементирования скважин в транспортном положении, продольный разрез; на фиг. 2— сечение А — А на фиг, 1; на фиг. 3 — сечение

Б — Б на фиг. 1; на фиг. 4 — сечение B — B на фиг. 1; на фиг. 5 — устройство в рабочем состоянии, общий вид, Устройство для цементирования скважин содержит полый цилиндрический корпус 1, закрепленную в нем посредством срезных элементов 2 подвижную втулку 3 с седлом 4 под шар 5, трубу 6, размещенную под подвижной втулкой 3 и жестко соединенную с ней, направляющую втулку 7 с продольными пазами 8, установленную в нижней части трубы 6 на ее наружной поверхности, направляющий стакан 9, установленный в нижней части корпуса 1, при этом направляющая втулка 7 и направляющий стакан 9 жестко соединены между собой кожухом 10 с продольными пазами 11 (фиг, 3), гибкие шланги 12, гидравлически соединенные с внутренней полостью 13 корпуса 1 каналами 14, выполненными в теле подвижной втулки 3. Верхняя часть направляющей втулки 7 выполнена в виде усеченного конуса с направляющими 15, выполненными, например, в виде желобов (фиг, 4), в которых размещены выходные концы гибких шлангов 12, Подвижная втулка 3 подпружинена относительно корпуса 1 пружиной 16, размещенной на трубе 6 меж5 ду подвижной втулкой 3 и направляющим стаканом 9. Фиксаторы гибких шлангов 12— гибкие тяги 17 выполнены из стальных тросов. Гибкие тяги 17 одним концом соединены с выходными концами гибких шлангов

10 12, а другим концом — с кожухом 10. Натяг пружины 16 регулируется гайкой 18.

Перед транспортировкой устройства с поверхности в скважину в зону каверны гибкие шланги 12 обычно обвязывают с трубой

15 6 поливинилхлоридной липкой лентой 19 в виде кольца из 2 -3 витков, которое рвется при выдвижении гибких шлангов 12 в затрубное пространство через пазы 11 кожуха

10, 20 Устройство для цементирования скважин работает следующим образом, После прохождения стволом скважины интервала осыпей и обвалов проведением ка верном етрии on редел я ют местоположе25 ние и размеры каверн, После этого на бурильных трубах в скважину спускают устройство на 2 — 3 м ниже каверны и через трубу 6 и открытые продольные пазы 8 втулки 7 осуществляют промывку ствола скважи30 ны в течение 3 — 5 циклов, Затем ведут промывку самой каверны.

Для этого в трубы бросают шар 5 (фиг. 5), который садится на седло 4 втулки 3 и перекрывает трубу 6 устройства. При промывке

35 в бурильных трубах возрастает давление, под действием которого срезаются срезные элементы 2 втулки 3. Втулка 3 начинает перемещаться вниз, тем самым сжимая пружину 16, натяг которой предварительно

40 создан гайкой 18.Перемещаясь вниз, втулка

3 выталкивает из корпуса 1 гибкие шланги

12, выполненные концы которых по направляющим желобам 15 выходят из корпуса 1 в пазы 11 кожуха 10. При этом выходные кон45 цы гибких шлангов 12 могут занимать положение больше величины прямого угла асо стороны раскрытия шлангов 12, так как выходные концы гибких шлангов зафиксированы гибкими тягами 17, выполненными из

50 стальных тросов. Предварительный натяг пружины дает возможность регулировать длину выхода гибких штангов 12 в зависимости от размера каверны. Величина длины выхода шлангов 12 является расчетной ве55 личиной и зависит от диаметра каверн, подлежащих изоляции. После раскрытия гибких шлангов 12 устройство готово к работе, При промывке каверны происходит очистка ее от шлама и глинистой корки, Происходит это за счет промывки с одновременным

1735573

45

55 подъемом устройства с расчетной скоростью и при необходимости — с вращением устройства вокруг его продольной оси. После прохождения устройством интервала каверны и. при подъеме его на 3 — 5 м выше каверны прекращают промывку скважины.

В результате прекращения промывки давление в трубах снижается, и пружина 16 разжимается, в результате чего подвижная втулка 3 возвращается в исходное положение, т.е, поднимается. При передвижении втулки 3 она тянет за "îáîé гибкие шланги

12. При возвращении в верхнее положение подвижной втулки 3 шланги 12 входят в корпус 1 через продольные пазы 11 кожуха 10, Тем самым устройство самопроизвольно возвращается в транспортное положение.

Для изоляции каверны устройство снова опускают на 2-3 м ниже каверны, Возобновляют промывку скважины, устройство принимает рабочее положение (под действием избыточного давления, выходят в рабочее положение гибкие шланги), В бурильные трубы закачивают расчетный объем тампонажного материала и начинают его продавку. В тот момент, когда граница раздела тампонажного материала и продавочной жидкости еще не дойдет на 3-5 м до кровли изолируемой каверны, начинают подъем устройства с расчетной скоростью, в результате весь объем каверны заполняется тампонажным материалом.

Можно без подъема устройства на поверхность переходить на изоляцию вышеили нижележащих каверн, повторив соответствующие операции.

Тампонирование нижележащих каверн возможно в том случае, когда предше"твующая каверна изолировалась нетвердеющим составом.

Формула изобретения

5 1. Устройство для цементирования скважин, включающее полый цилиндрический корпус, закрепленную в нем посредством с резных элементов подвижную втулку с седлом под шар, гибкие шланги, гидравлически

10 соединенные с внутренней полостью корпуса и фиксаторы гибких шлангов, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения эффективности работы, оно снабжено направляющей втулкой с продольными паза15 ми, направляющим стаканом, кожухом с продольными пазами, гибкими тягами и трубой, при этом направляющий стакан установлен в нижней части корпуса, труба размещена под подвижной втулкой и жестко

20 соединена с последней, а направляющая втулка установлена в нижней части трубы на ее наружной поверхности, причем верхняя часть направляющей втулки выполнена в виде усеченного конуса с направляющими, 25 в виде желобов, в которых размещены выходные концы гибких шлангов, и жестко соединена кожухом с направляющим стаканом, при этом подвижная втулка подпружинена относительно корпуса, гибкие

30 тяги одним концом соединены с выходными концами гибких шлангов, а другим концом— с кожухом, а подвижная втулка выполнена с каналами,гидравлически связывающими полость гибких шлангов с внутренней поло35 стью корпуса.

2, Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что гибкие тяги выполнены из стальных тросов.

1735573

12 юг. 2

Г-Г

77

50

Составитель Э.Г,Катаева

Техред М.Моргентал Корректор В,Гирняк

Редактор О.Головач

Производственно-издательский комбинат" Патент",г.ужгород,уд, Гагарина,101 ю

Заказ 1803 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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