Устройство для ступенчатого цементирования скважины

 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано при цементировании обсадных колонн в нефтяных и газовых скважинах в две стадии. Обеспечивает создание устройства, имеющего больший условный проход для цементного раствора и обладающего повышенной надежностью. Сущность изобретения: устройство содержит корпус с боковыми цементировочными отверстиями. В них установлены полые заглушки. Имеется кожух. Он установлен снаружи корпуса и образует с ним полость и клапанный узел. Этот узел включает седло с конической опорной поверхностью и запорный элемент. Полость между корпусом и кожухом образована по всему их периметру. Клапанный узел установлен над полостью. Его седло жестко соединено с кожухом. Запорный элемент выполнен в виде телескопически соединенных между собой и корпусом втулок. Они расположены по периметру корпуса и упираются верхними торцами в пружины, а последние - в обойму. Обойма установлена жестко на корпусе. Нижние торцы втулок выполнены коническими под седло. 6 ил.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано при цементировании обсадных колонн в нефтяных и газовых скважинах в две стадии.

Известно устройство для ступенчатого цементирования скважины, включающее корпус с боковыми цементировочными отверстиями, кожух, установленный снаружи корпуса и образующий с последним против боковых цементировочных отверстий полость, и клапан с шаровым запорным элементом, выполненным из упругодеформируемого материала (1).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является муфта для ступенчатого цементирования обсадных колонн, содержащая корпус с боковыми цементировочными отверстиями, в которых установлены полые заглушки, кожух, расположенный снаружи корпуса и образующий с последним полость и клапанный узел, включающий седло с конической поверхностью и запорный элемент (2).

Недостатками устройств как по аналогу, так и по прототипу являются: - большие габариты, обусловленные тем, что клапанный узел находится внутри полости между корпусом и кожухом; - малый условный проход для цементного раствора через устройство; - устройство состоит из нескольких секций, и отказ в работе одной из них ведет к отказу в работе всего устройства; - управление запорными элементами является трудно контролируемым, а потому эффективность и надежность операции по закачке цементного раствора второй ступени и обеспечение надлежащего качества цементного камня являются весьма проблематичными.

Задачей изобретения является создание устройства, имеющего больший условный проход для цементного раствора и обладающего повышенной надежностью в работе узлов и деталей и обеспечивающего высокое качество проведения операции по закачке цементного раствора второй ступени.

Указанная задача решается предлагаемым устройством, содержащим корпус с боковыми цементировочными отверстиями, в которых установлены полые заглушки, кожух, расположенный снаружи корпуса и образующий с последним полость и клапанный узел, включающий седло с конической опорной поверхностью и запорный элемент.

Новым является то, что полость между корпусом и кожухом образована по всему их периметру, а клапанный узел установлен над полостью, седло которого жестко соединено с кожухом, а запорный элемент выполнен в виде телескопически соединенных между собой и корпусом втулок, расположенных по периметру корпуса, и упирающихся верхними торцами в пружины, а последние - в обойму, установленную жестко на корпусе, причем нижние торцы втулок выполнены коническими под седло.

На фиг.1 изображено предлагаемое устройство в продольном разрезе.

На фиг.2 - сечение по А-А фиг.1.

На фиг.3 - схема осуществления способа цементирования с применением предлагаемого устройства в момент ввода в обсадную колонну НКТ с герметизирующим ниппелем и срезающей муфтой.

На фиг.4 - то же самое, в момент посадки герметизирующего ниппеля в посадочный переводник и закачки цементного раствора первой ступени.

На фиг.5 - то же самое, в момент удаления цементного раствора, находящегося выше устройства для ступенчатого цементирования.

На фиг. 6 - то же самое, в момент закачки цементного раствора второй ступени.

Устройство состоит из корпуса 1 (фиг.1), в котором выполнены цементировочные отверстия 2 с установленными в них полыми заглушками 3 с ослабленным сечением. На корпусе напротив заглушек расположен кожух 4, образующий с ним кольцевую полость 5. Выше кожуха находится клапанный узел, включающий седло 6 с конической опорной поверхностью, которое непосредственно соединено с кожухом, и запорный элемент, состоящий из телескопически соединенных между собой и корпусом втулок 7 и 8, нижние торцы которых выполнены коническими под седло 6, а верхними торцами они упираются в пружины 9, которые в свою очередь входят в гнезда обоймы 10, жестко закрепленной на корпусе 1. С целью предотвращения смещения пружин по торцам втулок и их перекоса последние снабжены пальцами 11. В сопрягаемых поверхностях втулок установлены уплотнительные кольца 12.

Устройство работает следующим образом.

Обсадную колонну 13 (фиг.3) с башмаком 14, цементировочным клапаном 15 и посадочным переводником 16, в составе которой установлено предлагаемое устройство, спускают в скважину до проектной глубины с таким расчетом, чтобы указанное устройство находилось выше кровли продуктивного пласта 17.

После спуска обсадной колонны в ее полость спускают колонну НКТ 18 с герметизирующим ниппелем 19 на конце и срезающей муфтой 20. Последняя по мере спуска НКТ разрушает полые заглушки 3, а ниппель 19, достигнув переводника 16, входит в цилиндрическую расточку 21 до упора 22. Оборудование готово к цементированию.

По колонне НКТ 18 (фиг.4) закачивают цементный раствор первой ступени, продавливая его пробкой 23. После посадки ее в переводнике 16 продавку прекращают. Приподнимают НКТ на одну трубу, герметизируют на устье межтрубное пространство и осуществляют удаление цементного раствора, находящегося выше устройства для ступенчатого цементирования, прямой промывкой (фиг.5). После этого поднимают НКТ до уровня положения герметизирующего ниппеля напротив упомянутого устройства. По истечении срока ОЗЦ осуществляют закачку цементного раствора второй ступени через колонну НКТ и устройство для ступенчатого цементирования при закрытом межтрубном пространстве до появления цементного раствора на устье скважины с оставлением в НКТ 100-150 л цементного раствора (фиг. 6). Давление сбрасывают, запорный элемент (7 и 8) закрывается. Затем этот раствор вымывают обратной промывкой, извлекают НКТ и оставляют скважину на ОЗЦ.

Технико-экономические преимущества предлагаемого устройства складываются из следующего.

Благодаря тому что клапанный узел вынесен за пределы кольцевой полости, это позволяет кратно увеличить ее объем и пропускную способность устройства и тем самым снизить давление закачки.

Повышается надежность работы клапанного узла благодаря гарантированному и плотному закрытию кольцевой полости телескопическими втулками под воздействием не только пружин, но и давления столба цементного раствора за колонной. При этом обеспечивается как бы двойная "страховка". Если плотно не закрылась наружная втулка, то внутренняя наверняка обеспечит полную герметичность, т. к. испытывает большую нагрузку со стороны столба цементного раствора. Все это способствует успешному проведению работ по цементированию второй ступени и получению качественного цементного камня за обсадной колонной.

Использованная литература 1. Аналог. Патент РФ 2029066, МКИ 6 Е 21 В 33//13, 1995.

2. Прототип. А.с. 1101543, МКИ Е 21 В 33/14, 1984.

Формула изобретения

Устройство для ступенчатого цементирования скважины, содержащее корпус с боковыми цементировочными отверстиями, в которых установлены полые заглушки, кожух, расположенный снаружи корпуса и образующий с последним полость и клапанный узел, включающий седло с конической опорной поверхностью и запорный элемент, отличающееся тем, что полость между корпусом и кожухом образована по всему их периметру, а клапанный узел установлен над полостью, седло которого жестко соединено с кожухом, а запорный элемент выполнен в виде телескопически соединенных между собой и корпусом втулок, расположенных по периметру корпуса, и упирающихся верхними торцами в пружины, а последние - в обойму, установленную жестко на корпусе, причем нижние торцы втулок выполнены коническими под седло.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6