Устройство для цементирования дополнительной обсадной колонны

 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к ремонту скважин, обсадные колонны которых пришли в негодность. Обеспечивает простоту изготовления, применения, более надежную герметизацию и более простую конструкцию. Сущность изобретения: устройство содержит герметизирующий узел, включающий корпус с зубчатыми насечками, пакер, установленный на корпусе и состоящий из манжеты, верхнего и нижнего упоров и обратный клапан; заливочный узел, включающий корпус с радиальными каналами и шибер, взаимодействующий с корпусом через посредство шарикового фиксатора и уплотнения. Согласно изобретения корпусы герметизирующего и заливочного узлов соединены между собой по длине переводником и патрубком. Корпус герметизирующего узла снабжен продольными пазами и подвижным седлом, установленным внутри корпуса, и соединен срезными элементами с верхним упором пакера через продольные пазы. Нижний упор пакера соединен срезными элементами с корпусом. Шибер заливочного узла соединен с корпусом срезными элементами. Его внутренний диаметр выбран под наружный диаметр ниппеля, установленного на нижнем конце насосно-компрессорных труб и снабженного конусным уступом и радиальными каналами в верхней части и кольцевой проточкой для взаимодействия с шариками фиксатора. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к строительству и ремонту скважин, обсадные колонны которых пришли в негодность, в связи с чем требуется их полная замена.

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 герметизирующий узел, включающий корпус с зубчатыми насечками, пакер, установленный на корпусе и состоящий из манжеты, верхнего и нижнего упоров и обратный клапан; заливочный узел, включающий корпус с радиальными каналами и шибер, взаимодействующий с корпусом через посредство шарового фиксатора и уплотнения (2).

Указанному устройству в той или другой степени присущи все недостатки, отмеченные выше. Кроме того, оно сложное по конструкции, расположение заливочного узла внутри герметизирующего резко уменьшает проходное сечение устройства, а использование замковой конической резьбы не позволяет обеспечить герметичное соединение между насосно-компрессорными трубами (НКТ) и устройством.

Вызывает сомнение также надежность работы подпружиненного поршня. Дело в том, что при выходе его из цилиндра, уплотнительные кольца выдавливаются из канавок и при последующем его возвращении в исходное положение, он не обеспечивает необходимой герметичности. Кроме того, применение продавочной пробки не гарантирует подъем расчетного объема цементного раствора до устья.

Задачей изобретения является создание устройства более простой конструкции, простого в изготовлении и применении и более надежного в части обеспечения герметизации.

Поставленная задача решается предлагаемым устройством, содержащим герметизирующий узел, включающий корпус с зубчатыми насечками, пакер, установленный на корпусе и состоящий из манжеты, верхнего и нижнего упоров и обратный клапан; заливочный узел, включающий корпус с радиальными каналами и шибер, взаимодействующий с корпусом через посредство шарикового фиксатора и уплотнения.

Новым является то, что корпусы герметизирующего и заливочного узлов соединены между собой по длине через посредство переводника и патрубка; корпус герметизирующего узла снабжен продольными пазами и подвижным седлом, установленным внутри корпуса, и соединенным срезными элементами с верхним упором пакера через продольные пазы, причем нижний упор пакера соединен срезными элементами с корпусом; шибер заливочного узла соединен с корпусом срезными элементами, а его внутренний диаметр выбран под наружный диаметр ниппеля, установленного на нижнем конце насосно-компрессорных труб и снабженного конусным уступом и радиальными каналами в верхней части и кольцевой проточкой для взаимодействия с шариками фиксатора.

Новым также является то, что:

- обратный клапан герметизирующего узла установлен в подвижном седле;

- верхний упор пакера выполнен в виде клиновидного цилиндра и соединен с переводником срезными элементами;

- шибер заливочного узла выполнен с конусным уступом в верхней части для взаимодействия с конусным уступом ниппеля.

На фиг.1 изображен герметизирующий узел устройства.

На фиг.2 - заливочный узел устройства с введенным во внутрь ниппелем на НКТ.

Предлагаемое устройство включает себя два узла: герметизирующий и заливочный.

Герметизирующий узел (фиг.1) состоит из корпуса 1 с продольными пазами 2 и зубчатыми насечками 3. Телескопически к корпусу снаружи установлен пакер, включающий в себя нижний упор 4, соединенный с корпусом срезными элементами 5, эластичную манжету 6, клиновой наконечник 7, соединенный с верхним упором 8, выполненным в виде цилиндра с коническими и цилиндрическими поясами на наружной поверхности, который, в свою очередь, соединен с переводником 9 с помощью срезных элементов 10. Между наконечником 7 и нижним торцом верхнего упора 8 находится стопорное кольцо 11. Внутри корпуса 1 установлено подвижное седло 12, соединенное срезными элементами 13 с верхним упором 8 в зоне продольных пазов 2. В седле 12 расположен обратный клапан 14 с продольными пазами 15 и винтами 16, ограничивающими перемещение клапана в осевом направлении. На конце корпуса 1 навернут башмак 17 с конической внутренней поверхностью.

Герметизирующий узел посредством патрубка 18 и переводника 9 соединен с корпусом 19 заливочного узла (фиг.2), снабженным радиальными каналами 20 и кольцевой проточкой 21. Телескопически к корпусу, внутри него, напротив радиальных каналов и кольцевой проточки установлен шибер 22, соединенный с корпусом срезными элементами 23. Шибер имеет гнезда 24, в которых установлены шарики 25 фиксатора, взаимодействующие с кольцевой проточкой 21 корпуса. Сопрягаемые поверхности узлов снабжены уплотнениями 26.

Работает устройство следующим образом.

Герметизирующий и заливочный узлы, соединенные вместе с помощью переводника 9 и патрубка 18 на дополнительной обсадной колонне 27 спускают в скважину и устанавливают на неизношенном участке эксплуатационной колонны с неразрушенным заколонным цементным кольцом, подтвержденным геофизическими исследованиями. После этого внутри колонны 27 создают избыточное давление, под действием которого седло 12 и, соответственно, верхний упор 8 пакера перемещаются вниз, при этом разрушаются срезные элементы 10. Верхний упор пакера своей клиновой частью раздвигает манжету 6 и плотно прижимает ее к стенке эксплуатационной колонны (не показана). Процесс запакеровки продолжается до тех пор, пока давление в колонне 27 не достигнет расчетной величины и стопорное кольцо 11 не зацепится за зубчатые насечки 3 на корпусе. Срезные элементы 13 достигнут нижней части паза 2 и разрушатся. Подвижное седло 12 с клапаном 14 под действием давления будут выдавлены из корпуса 1 и упадут на забой скважины. Процесс запакеровки окончен. Циркуляцией проверяют герметичность посадки устройства.

При необходимости (в случае негерметичной посадки), устройство вместе с дополнительной обсадной колонной извлекают из скважины. Для этого делают натяжку дополнительной эксплуатационной колонны, при этом срезные элементы 5 разрушаются, манжета 6 отходит от стенки эксплуатационной колонны.

После проверки герметичности посадки устройства во внутрь дополнительной эксплуатационной колонны 27 спускают колонну НКТ 28, снабженную на конце ниппелем 29, наружный диаметр которого равен внутреннему диаметру шибера 22. Ниппель в нижней части на наружной поверхности имеет кольцевую проточку 30 для взаимодействия с шариками 25 фиксатора, а в верхней части - радиальные каналы 31 и конусный уступ 32 для взаимодействия с конусным уступом 33 шибера 22.

Спуск НКТ 28 продолжают, в определенный момент плунжер 29 войдет во внутрь шибера 22, конусный уступ 32 сядет на конусный уступ 33 шибера, при этом кольцевая проточка 30 установится напротив шариков 25 фиксатора. Срезной элемент 23 разрушается, шарики 25 фиксатора притапливаются в проточке 30 ниппеля и тем самым выходят из зацепления с кольцевой проточкой 21 в корпусе 19 заливочного узла. При дальнейшем спуске НКТ шарики 25 упрутся в верхний торец патрубка 18, после чего инструмент разгружают и герметизируют устье скважины. Затем на колонне НКТ в межколонное пространство между колонной 27 и эксплуатационной колонной закачивают расчетный объем цементного раствора, после чего колонну НКТ 28 приподнимают. При этом ниппель 29 толкает шарики 25 с шибером 22 вверх, последний перекрывает радиальные отверстия 20. Дойдя до проточки 21, шарики 25 фиксатора входят в нее и тем самым освобождают ниппель 29. Колонну НКТ с ниппелем поднимают на поверхность. После ожидания затвердевания цемента шибер 22 сбивают любым инструментом на НКТ. После этого в скважину спускают необходимое оборудование и продолжают ее дальнейшую эксплуатацию.

Предлагаемое устройство проще по конструкции, чем известное и, следовательно, проще в изготовлении и применении. Все используемые узлы и детали отличаются высокой надежностью в работе. Запакеровка и цементирование осуществляются при значительно меньших величинах давлений. Обеспечивается относительно большое проходное сечение в зоне устройства, что гарантирует успешность проведения дальнейших работ по эксплуатации скважины. Обеспечивается надежность герметизации в комплексе устройство - скважина.

Использованная информация

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

1. Устройство для цементирования дополнительной обсадной колонны, содержащее герметизирующий узел, включающий корпус с зубчатыми насечками, пакер, установленный на корпусе и состоящий из манжеты, верхнего и нижнего упоров, и обратный клапан, заливочный узел, включающий корпус с радиальными каналами и шибер, взаимодействующий с корпусом посредством шарикового фиксатора и уплотнения, отличающееся тем, что корпусы герметизирующего и заливочного узлов соединены между собой по длине посредством переводника и патрубка, корпус герметизирующего узла снабжен продольными пазами и подвижным седлом, установленным внутри корпуса, и соединен срезными элементами с верхним упором пакера через продольные пазы, причем нижний упор пакера соединен срезными элементами с корпусом, шибер заливочного узла соединен с корпусом срезными элементами, а его внутренний диаметр выбран под наружный диаметр ниппеля, установленного на нижнем конце насосно-компрессорных труб и снабженного конусным уступом и радиальными каналами в верхней части и кольцевой проточкой для взаимодействия с шариками фиксатора.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что обратный клапан герметизирующего узла установлен в подвижном седле.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что верхний упор пакера выполнен в виде клиновидного цилиндра и соединен с переводником срезными элементами.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что шибер заливочного узла выполнен с конусным уступом в верхней части для взаимодействия с конусным уступом ниппеля.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2