Устройство для цементирования хвостовика в скважине

 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к строительству и ремонту скважин. Обеспечивает высокую надежность фиксации в скважине и необходимую герметизацию в комплексе устройство - стенки скважины и простоту изготовления, сборки и применения. Сущность изобретения: устройство содержит корпус с радиальными каналами, гнездами и центратором в нижней части и пакерующим элементом. Последний включает эластичную манжету, заключенную между верхним и нижним упорами. Также включает заякоривающий узел, ствол, установленный внутри корпуса с радиальными каналами и гнездами. В гнездах корпуса и ствола находятся стопорные шарики. Выше радиальных каналов корпуса с наружной стороны установлен подпружиненный запорный элемент, а подвижное седло расположено внутри ствола. Согласно изобретению корпус снабжен продольными пазами. Ствол в нижней части соединен с патрубком, который, в свою очередь, связан срезными элементами через продольные разы корпуса с толкателем. Последний взаимодействует с плашками заякоривающего узла. Верхний упор пакерующего элемента неподвижен, а нижний установлен подвижно относительно корпуса. Центратор корпуса снабжен установленной внутри него разрезной втулкой, внутри которой расположена ограничительная втулка. Втулки соединены между собой срезными элементами. Срезными элементами также зафиксировано подвижное седло. 2 ил.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к строительству и ремонту скважин с использованием цементируемых хвостовиков.

Известно устройство для цементирования хвостовика в скважине, включающее верхний и нижний трубчатые корпуса с присоединительными резьбами, последний из которых снабжен пакерующим элементом, заякоривающий узел, фиксаторы и переводник [1].

Недостатком устройства является его большая металлоемкость и трудоемкость изготовления и сборки, а также сложность технологического процесса его применения.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее корпус с радиальными каналами, гнездами и центратором в нижней части и пакерующим элементом, включающим эластичную манжету, заключенную между верхним и нижним упорами и заякоривающий узел; ствол, установленный внутри корпуса, с радиальными каналами и гнездами, причем в гнездах корпуса и ствола находятся стопорные шарики; выше радиальных каналов корпуса с наружной стороны установлен подпружиненный запорный элемент; подвижное седло расположено внутри ствола [2].

Данному устройству свойственны в той или иной степени все недостатки, отмеченные выше. Кроме того, следует добавить то, что для его запакеровки требуются высокие давления; цанговый узел ненадежен, т.к. плашки закрепить намертво невозможно, и они в процессе установки сползают со своего места; фиксация хвостовика осуществляется после пакеровки и цементирования, что связано с его движением по стволу скважины и приводит к истиранию эластичного элемента и нарушению герметизации.

Задачей изобретения является создание устройства более простого в изготовлении, сборке и технологии его применения, обладающего высокой надежностью в его фиксации в скважине и обеспечивающего необходимую герметизацию в комплексе устройство - стенки скважины.

Указанная задача решается предлагаемым устройством, содержащим корпус с радиальными каналами, гнездами и центратором в нижней части и пакерующим элементом, включающим эластичную манжету, заключенную между верхним и нижним упорами, и заякоривающий узел; ствол, установленный внутри корпуса с радиальными каналами и гнездами, причем в гнездах корпуса и ствола находятся стопорные шарики; выше радиальных каналов корпуса с наружной стороны установлен подпружиненный запорный элемент; подвижное седло расположено внутри ствола.

Новым является то, что корпус снабжен продольными пазами, а ствол в нижней части соединен с патрубком, который, в свою очередь, связан срезными элементами через продольные пазы корпуса с толкателем, взаимодействующим с плашками заякоривающего узла; верхний упор пакерующего элемента неподвижен, а нижний установлен подвижно относительно корпуса; центратор корпуса снабжен установленной внутри него разрезной втулкой, внутри которой расположена ограничительная втулка, причем последние соединены между собой срезными элементами; срезными элементами также зафиксировано подвижное седло.

На фиг.1 изображено предлагаемое устройство в продольном разрезе; на фиг.2 - разрез по А-А фиг.1.

Устройство содержит корпус 1 (фиг.1), снабженный упором 2 в верхней части, радиальными каналами 3, гнездами 4, продольными пазами 5 и соединенный в нижней части с центратором 6, внутри которого установлены разрезная втулка 7 и ограничительная втулка 8, причем последние соединены между собой срезными элементами 9. На корпусе выше центратора установлены толкатель 10 и заякоривающий узел, состоящий из плашек 11, резинового кольца 12 и конуса 13 с пазами типа “ласточкин хвост”. Плашки 11 зафиксированы относительно конуса 13 срезными элементами 14. Конус 13 является нижним подвижным упором для эластичной манжеты 15 пакерующего элемента и имеет в расточке 16 на внутренней поверхности стопорное кольцо 17. Над эластичной манжетой находится верхний упор 18 с полостью 19 напротив радиальных каналов 3 корпуса 1. Полость 19 перекрыта подпружиненным тарельчатым клапаном 20 (запорный орган).

Внутри корпуса 1 телескопически к нему установлен ствол 21, снабженный радиальными каналами 22, сообщенными с цилиндрической выборкой 23 на его наружной поверхности, гнездами 24 и соединенный снизу с патрубком 25, утолщенный участок которого срезными элементами 26 соединен через продольные пазы 5 корпуса 1 с толкателем 10. В гнездах 4 корпуса 1 и 24 ствола 21 установлены стопорные шарики 27, которые с наружной стороны упираются в верхний упор 18, а с внутренней стороны - в подвижное седло 28, зафиксированное срезными элементами 29. Верхний конец хвостовика заканчивается муфтой 30, имеющей крупную коническую резьбу правого направления для соединения с ниппелем 31, имеющим аналогичную резьбу. Последний соединяется с колонной насосно-компрессорных труб (НКТ) 32. Сопрягаемые поверхности деталей снабжены уплотнительными кольцами 33. Корпус 1 имеет на наружной поверхности насечки 34.

Устройство через муфту 35 присоединяют к нижней трубе хвостовика 36 и опускают в скважину, а затем его собирают до расчетной длины с центратором 37 в верхней части и сажают “голову” хвостовика на элеватор (на чертежах не показан). В качестве хвостовика используют обсадные трубы малого диаметра (102 и 114 мм). Затем во внутрь хвостовика на НКТ 32 опускают ниппель 31 и соединяются с муфтой 30 ствола 21, после чего устройство на НКТ спускают в скважину на проектную глубину. После этого осуществляют разъединение корпуса 1 от ствола 21 и герметизируют затрубное пространство. Для этого в НКТ бросают шар 38, который садится на седло 28, и создают избыточное давление, под воздействием которого срезные элементы 29 разрушаются, а седло 28 перемещается вниз до упора в патрубок 25. При этом гнезда 24 и 4 открываются, и шарики 27 под воздействием корпуса 1 от веса хвостовика 36 выталкиваются в трубное пространство, разъединяя ствол 21 от корпуса 1. Хвостовик 36, корпус 1, пакерующий элемент и заякоривающий узел перемещаются вниз. Плашки 11 ударяются о толкатель 10, отчего срезные элементы 14 разрушаются, плашки 11 двигаются по пазам конуса 13, раздвигаются и прижимаются к стенкам колонны (на чертежах не показана). Хвостовик фиксируется в скважине. Колонну НКТ разгружают, срезные элементы 26 разрушаются, и она опускается до упора патрубка 25 о втулки 7 и 8, радиальные каналы 3 и 22 совмещаются. Под действием веса хвостовика и разгруженного веса колонны НКТ корпус 1 и верхний упор 18 стремятся двигаться вниз, а т.к. плашки 11 и конус 13 зафиксированы, эластичная манжета 15 сжимается, увеличиваясь в диаметре, и прижимается к стенкам эксплуатационной колонны, герметизируя затрубное пространство. Нижний упор 13 фиксируется стопорным кольцом 17 на насечках 34 корпуса 1.

После разъединения, подвешивания и герметизации затрубного пространства хвостовика в колонну НКТ закачивают расчетный объем цементного раствора под избыточным давлением. Тарельчатый клапан 20 открывается и происходит заполнение затрубного пространства хвостовика цементным раствором. При продавке необходимо оставить ~ 100 л цементного раствора в НКТ для избежания попадания разбавленного цементного раствора за хвостовик. После продавки раствора в затрубное пространство давление в колонне НКТ стравливают, тарельчатый клапан 20 возвращается в исходное положение под действием пружины 39 и надежно герметизирует затрубное пространство хвостовика.

После продавки ствол 21 приподнимают из внутренней части устройства на 0,5-1 м и прямой либо обратной промывкой удаляют излишки цементного раствора над хвостовиком и из НКТ.

Колонну НКТ со стволом 21, патрубком 25 и подвижным седлом 28 с шаром 38 извлекают из скважины и оставляют ее на ОЗЦ (ожидание затвердевания цемента).

При необходимости использования оборудования, спускаемого ниже устройства, после ОЗЦ в скважину спускают НКТ с оголовником на конце и сбивают ограничительную втулку 8, срезные элементы 9 при этом разрушаются, а разрезная втулка 7, состоящая из частей, падает на забой, тем самым внутренний канал устройства полностью освобождается.

Предлагаемое устройство значительно проще как в изготовлении и сборке, т.к. состоит из простых деталей узлов, так и в части его использования, т.к. включает комплекс простейших операций, хорошо отработанных производственной практикой.

Фиксация хвостовика производится до пакеровки и цементирования, что исключает его дальнейшее перемещение по стволу скважины, а пакеровка обеспечивается созданием нагрузки как от хвостовика, так и от веса НКТ, что гарантирует высокую надежность герметизации заколонного пространства устройства.

Источники информации

1. Аналог. А.с. №1819986, МКИ Е 21 В 33/14, 1993.

2. Прототип. Патент РФ №2161241, МКИ 7 Е 21 В 33/14, 2000.

Формула изобретения

Устройство для цементирования хвостовика в скважине, содержащее корпус с радиальными каналами, гнездами и центратором в нижней части и пакерующим элементом, включающим эластичную манжету, заключенную между верхним и нижним упорами, и заякоривающий узел, ствол, установленный внутри корпуса с радиальными каналами и гнездами, причем в гнездах корпуса и ствола находятся стопорные шарики, выше радиальных каналов корпуса с наружной стороны установлен подпружиненный запорный элемент, подвижное седло расположено внутри ствола, отличающееся тем, что корпус снабжен продольными пазами, а ствол в нижней части соединен с патрубком, который, в свою очередь, связан срезными элементами через продольные пазы корпуса с толкателем, взаимодействующим с плашками заякоривающего узла, верхний упор пакерующего элемента неподвижен, а нижний установлен подвижно относительно корпуса, центратор корпуса снабжен установленной внутри него разрезной втулкой, внутри которой расположена ограничительная втулка, причем последние соединены между собой срезными элементами, срезными элементами также зафиксировано подвижное седло.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2