Устройство для ступенчатого цементирования скважины

 

Изобретение относится к креплению нефтяных или газовых скважин и, в частности, к устройствам для цементирования обсадных колонн этих скважин. Изобретение обеспечивает повышение надежности работы устройства - надежности освобождения его внутреннего сечения после окончания цементирования без осуществления буровых работ. Устройство включает корпус с цементировочными отверстиями, нижнюю управляющую втулку и верхнюю управляющую втулку. Имеются также выдвижные упоры под промежуточную цементировочную пробку. Они взаимодействуют с нижней втулкой и установлены под цементировочными отверстиями. При этом корпус выполнен двухстенным с кольцевой полостью между внешней и внутренней стенками и с промывочными отверстиями под цементировочными отверстиями. Для сообщения полости корпуса с кольцевой полостью после продавки цементного раствора первой ступени цементирования служит предназначенный для этого узел. Нижняя и верхняя втулки выполнены с радиальными отверстиями и помещены в кольцевой полости с возможностью последовательного перемещения нижней втулки верхней втулкой в первое промежуточное фиксированное положение, второе промежуточное фиксированное положение и крайнее нижнее положение. При этом обеспечена возможность последовательного открытия-перекрытия нижней втулкой промывочных отверстий и открытием-перекрытия верхней втулкой цементировочных отверстий. Выдвижные упоры установлены на расстоянии от цементировочных отверстий, обеспечивающем совмещение верхнего торца промежуточной пробки с нижней кромкой цементировочных отверстий. Верхняя цементировочная пробка имеет возможность посадки на промежуточную цементировочную пробку с перекрытием цементировочных отверстий. 4 з.п.ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области крепления нефтяных или газовых скважин и, в частности, к устройствам для цементирования обсадных колонн этих скважин.

Известно устройство для ступенчатого цементирования скважины, включающее корпус с боковыми отверстиями, систему кольцевых подвижных втулок с радиальными отверстиями для открытия и закрытия боковых отверстий корпуса, цементировочные пробки для приведения в действие устройства и посадочные седла для цементировочных пробок (1).

Недостатком устройства является его низкая эксплуатационная технологичность, обусловленная необходимостью разбуривания цементировочных пробок и цемента, перекрывающих проходной канал устройства после окончания цементирования обсадной колонны.

Наиболее близким аналогом изобретения является устройство для ступенчатого цементирования скважины, включающее корпус с цементировочными отверстиями, нижнюю управляющую втулку, зафиксированную в корпусе, верхнюю управляющую втулку, выдвижные упоры под промежуточную цементировочную пробку, взаимодействующие с нижней втулкой и установленные под цементировочными отверстиями (2).

Это устройство предусматривает возможность проталкивания цементировочных пробок до забоя скважины.

Однако в действительности в большинстве случаев эти цементировочные пробки не удается протолкнуть до забоя, что приводит к необходимости их разбуривания. В результате разбуривания цементировочных пробок в интервале закрытых отверстий устройства возникает вероятность разгерметизации обсадной колонны. Необходимость разбуривания цементировочных пробок объясняется наличием пространства между цементировочными пробками, которое неизбежно заполняется тампонажным раствором после окончания цементирования второй ступени и при посадке цементировочной пробки на выдвижные упоры.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности работы устройства - надежности освобождения его внутреннего сечения после окончания цементирования без осуществления буровых работ.

Это достигается за счет исключения пространства между цементировочными пробками и исключения таким образом фиксации цементировочных пробок на промежуточной глубине в интервале размещения устройства.

Необходимый технический результат достигается тем, что в устройстве для ступенчатого цементирования скважины, включающем корпус с цементировочными отверстиями, нижнюю управляющую втулку, зафиксированную в корпусе, верхнюю управляющую втулку, выдвижные упоры под промежуточную цементировочную пробку, взаимодействующие с нижней втулкой и установленные под цементировочными отверстиями, согласно изобретению, корпус выполнен двухстенным с кольцевой полостью между внешней и внутренней стенками, с промывочными отверстиями под цементировочными отверстиями и узлом, обеспечивающим сообщение полости корпуса с кольцевой полостью после продавки цементного раствора первой ступени цементирования, а нижняя и верхняя втулки выполнены с радиальными отверстиями и помещены в кольцевой полости с возможностью последовательного перемещения нижней втулки верхней втулкой в первое промежуточное фиксированное положение, второе промежуточное фиксированное положение и крайнее нижнее положение с возможностью последовательного открытия-перекрытия в этих положениях нижней втулкой промывочных отверстий и открытия-перекрытия верхней втулкой цементировочных отверстий, при этом выдвижные упоры установлены на расстоянии от цементировочных отверстий, обеспечивающем совмещение верхнего торца пробки с нижней кромкой цементировочных отверстий, а верхняя цементировочная пробка имеет возможность посадки на промежуточную цементировочную пробку с перекрытием цементировочных отверстий.

Кроме того: узел, обеспечивающий сообщение полости корпуса с кольцевой полостью, выполнен в виде полых срезных штифтов; для фиксации нижней втулки в первом промежуточном положении нижняя втулка в нижней ее части выполнена с наружным продольным пазом, а на внутренней поверхности наружной стенки корпуса помещен срезной элемент под продольный паз; для фиксации нижней втулки во втором промежуточном положении с внутренней стороны наружной стенки корпуса установлен срезной элемент под нижний торец нижней втулки; выдвижные упоры установлены с возможностью их "утапливания" в кольцевой полости между верхней и нижней втулками.

На фиг. 1 изображено устройство в транспортном положении; на фиг. 2 - в момент открытия промывочных отверстий; на фиг. 3 - в момент посадки промежуточной цементировочной пробки на выдвижные упоры и открытия цементировочных отверстий; на фиг. 4 - после закрытия цементировочных отверстий.

Устройство (фиг. 1) включает в себя двухстенный полый корпус с внешней 1 и внутренней 2 стенками и кольцевой полостью 3 между ними. Корпус выполнен со сквозными во внешней и внутренней стенках боковыми цементировочными отверстиями 4, а под ними - со сквозными промывочными отверстиями 5. Внутри корпуса зафиксирована нижняя управляющая втулка 6 с радиальными отверстиями 7 и помещены верхняя управляющая втулка 8 с радиальными отверстиями 9, выдвижные упоры 10 под промежуточную цементировочную пробку 11 (фиг. 3) Нижняя втулка зафиксирована в корпусе с помощью срезных элементов 12, 13 и выполнена в нижней части с наружным продольным пазом 14. Под этот паз на внутренней поверхности внешней стенки корпуса помещен срезной элемент 13. Устройство имеет узел 15 для гидравлического сообщения полости корпуса с кольцевой полостью 3 после продавки цементного раствора первой ступени цементирования. Этот узел может быть выполнен, например, в виде, по меньшей мере одного, полого срезного штифта. С внутренней стороны внешней стенки 1 корпуса установлен срезной элемент 16 под нижний торец нижней втулки 6. Для обеспечения вытеснения жидкости из кольцевой полости 3 и возможности перемещения нижней втулки 6 служит, по меньшей мере одно, радиальное отверстие 17 во внешней стенке 1 корпуса. Для герметичности устройства служат уплотнительные кольца 18. Для приведения устройства в действие служат вышеупомянутая промежуточная цементировочная пробка 11 и верхняя цементировочная пробка 19 (фиг. 4).

Устройство работает следующим образом.

После закачки в обсадную колонну расчетного объема тампонажного раствора первой ступени пускают первую, например, цельнорезиновую, цементировочную пробку (не показана), которая срезает полый штифт 15, проходит через выдвижные упоры и садится на "стоп-кольцо" (не показано) в нижней части обсадной колонны. После посадки первой цементировочной пробки на "стоп-кольцо" давление в проходном канале обсадной колонны повышают до расчетного и жидкость из этой колонны через срезанный полый штифт 15 избыточным давлением действует на верхнюю втулку 8, которая, в свою очередь, действует на нижнюю втулку и перемещает ее, разрушая при этом срезной элемент 12.

При этом происходит открытие промывочных отверстий 5 корпуса за счет совмещения с ними радиальных отверстий 7 нижней втулки 6. Нижняя втулка 8 занимает первое промежуточное фиксированное положение.

Перемещение этой втулки вниз ограничивается срезным элементом 13, взаимодействующим с продольным пазом 14 (фиг. 2).

Создают циркуляцию промывочной жидкости до удаления "излишков цементного раствора первой ступени цементирования.

Затем осуществляют пуск промежуточной цементировочной пробки 11 (фиг. 3). При посадке промежуточной цементировочной пробки 11 на выдвижные упоры 10 верхний торец этой пробки совмещается с нижней кромкой цементировочных отверстий 4. При этом циркуляция промывочной жидкости с выходом ее в затрубное пространство прекращается. Повышают давление в обсадной колонне. Под действием давления происходит срез фиксирующего элемента 13 и перемещение верхней втулкой 8 нижней втулки 6 во второе промежуточное фиксированное положение с упором ее нижнего торца в срезной элемент 16 (фиг. 3).

В этом положении нижней втулкой 6 перекрыты промывочные отверстия 5 корпуса, а радиальные отверстия 9 верхней втулки 8 совмещены с цементировочными отверстиями 4 корпуса точно над верхним торцем промежуточной цементировочной пробки 11.

Осуществляют цементирование второй ступени с вытеснением цементного раствора через цементировочные отверстия 5.

При этом после закачки расчетного объема тампонажного раствора второй ступени цементирования пускают верхнюю цементировочную пробку 19. Она садится на промежуточную цементировочную пробку 11 и перекрывает своим корпусом цементировочные отверстия 4 корпуса (фиг. 4).

Затем в полости обсадной колонны повышают давление. Происходит срез элемента 16 и верхняя втулка 8 перемещает нижнюю втулку 6 в крайнее нижнее положение. При перемещении втулок выдвижные упоры 10 "утапливаются" (убираются) в кольцевую полость между верхней и нижней втулками, а верхняя втулка перекрывает цементировочные отверстия 4 корпуса.

Таким образом, цементный раствор в полости обсадной колонны между цементировочными пробками 11, 19 (перемычка между ступенями цементирования) отсутствует полностью. Этим созданы условия для беспрепятственного проталкивания к забою скважины и цементировочных пробок, участвовавших в процессе цементирования второй ступени, что предопределяет надежность и эффективность работы устройства в целом.

Источники информации: 1. Чуев П.А. и др. Новые конструкции пакеров и устройств для ступенчатого цементирования скважин, ж. "Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море", N 1, М., ВНИИОНГ, 1994, с. 23-25.

2. Патент РФ N 2096585, кл. E 21 B 33/14, 1997.

Формула изобретения

1. Устройство для ступенчатого цементирования скважины, включающее корпус с цементировочными отверстиями, нижнюю управляющую втулку, зафиксированную в корпусе, верхнюю управляющую втулку, выдвижные упоры под промежуточную цементировочную пробку, взаимодействующие с нижней втулкой и установленные под цементировочными отверстиями, отличающееся тем, что корпус выполнен двухстенным с кольцевой полостью между внешней и внутренней стенками, с промывочными отверстиями под цементировочными отверстиями и узлом, обеспечивающим сообщение полости корпуса с кольцевой полостью после продавки цементного раствора первой ступени цементирования, а нижняя и верхняя втулки выполнены с радиальными отверстиями и помещены в кольцевой полости с возможностью последовательного перемещения нижней втулки верхней втулкой в первое промежуточное фиксированное положение, второе промежуточное фиксированное положение и крайнее нижнее положение с возможностью последовательного открытия-перекрытия в этих положениях нижней втулкой промывочных отверстий и открытия-перекрытия верхней втулкой цементировочных отверстий, при этом выдвижные упоры установлены на расстоянии от цементировочных отверстий, обеспечивающем совмещение верхнего торца промежуточной пробки с нижней кромкой цементировочных отверстий, а верхняя цементировочная пробка имеет возможность посадки на промежуточную цементировочную пробку с перекрытием цементировочных отверстий.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что узел, обеспечивающий сообщение полости корпуса с кольцевой полостью выполнен в виде полых срезных штифтов.

3. Устройство по п.l или 2, отличающееся тем, что для фиксации нижней втулки в первом промежуточном положении нижняя втулка в нижней ее части выполнена с наружным продольным пазом, а на внутренней поверхности наружной стенки корпуса помещен срезной элемент под продольный паз.

4. Устройство по одному из пп.1 - 3, отличающееся тем, что для фиксации нижней втулки во втором промежуточном положении с внутренней стороны наружной стенки корпуса установлен срезной элемент под нижний торец нижней втулки.

5. Устройство по одному из пп.1 - 4, отличающееся тем, что выдвижные упоры установлены с возможностью их "утапливания" в кольцевой полости между верхней и нижней втулками.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4