Устройство для цементирования обсадной колонны в скважине

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к цементированию обсадных колонн в нефтяных и газовых скважинах. Обеспечивает надежную герметизацию устройства после закачки тампонажного раствора в скважину. Сущность изобретения: устройство включает "стоп-кольцо" в виде заглушенного снизу патрубка с продольными пазами и радиальными каналами с кольцевым уступом вверху и конусной поверхностью внизу. К нему в нижней муфте обсадной колонны телескопически установлено нижнее опорное кольцо. Последнее имеет в нижнем торце конусную расточку, адекватную конусной поверхности патрубка, и снабжено срезными элементами. Свободные концы последних входят в продольные пазы патрубка. Согласно изобретению устройство снабжено верхним опорным кольцом, выполненным с кольцевой расточкой на внутренней поверхности и установленным в верхней муфте. Внутренний диаметр последнего равен наружному диаметру заглушки. Заглушка расположена на нижнем конце промывочных труб и выполнена в виде двух телескопически соединенных деталей, верхняя из которых жестко связана с промывочными трубами, нижняя соединена с верхней деталью срезными элементами и снабжена фиксатором на наружной поверхности. Над заглушкой имеются радиальные каналы, соединяющие внутреннюю полость промывочных труб с межколонным пространством. Нижняя и верхняя муфты соединены патрубком. 2 ил.

 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к технологии цементирования обсадных колонн в нефтяных и газовых скважинах.

Известно устройство для цементирования обсадной колонны, выполненное в виде подпружиненного обратного клапана тарельчатого типа, установленное на нижнем конце обсадной колонны, спускаемой в скважину (Патент РФ №2086752, МПК 6 Е 21 В 33/14, 1997).

Недостатки устройства:

- необходимость долива скважины во время спуска обсадной колонны;

- при средних и высоких скоростях спуска обсадной колоны возможен гидроразрыв пластов;

- необходимость создания противодавления на устье скважины при промывке и закачке тампонажного раствора;

- отсутствует возможность изготовления всех деталей клапана из разбуриваемых материалов, что может усложнить дальнейшее углубление скважины.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для цементирования обсадной колонны, включающее "стоп-кольцо" в виде заглушенного снизу патрубка с продольными пазами и радиальными каналами с кольцевым уступом вверху и конусной поверхностью внизу, телескопически к которому в нижней муфте обсадной колонны установлено нижнее опорное кольцо, снабженное срезными элементами, свободные концы которых входят в продольные пазы патрубка, и имеет в нижнем торце конусную расточку, адекватную конусной поверхности патрубка (заявка №2003114277 от 14.05.03. Решение о выдаче патента от 12.04.04, МПК 7 Е 21 В 33/14, 2004).

Недостатком устройства является:

- ввиду того, что тампонажный раствор является абразивным материалом, при круговой циркуляции при прохождении тампонажного раствора через устройство происходит размыв сопрягаемых (уплотнительных) поверхностей, что приводит к недостаточной герметизации этих поверхностей и возможному проходу тампонажного раствора во внутрь обсадной колонны.

Задачей изобретения является разработка конструкции устройства, которое обеспечивало бы надежную герметизацию устройства после закачки тампонажного раствора в скважину.

Указанная задача решается предлагаемым устройством, включающим "стоп-кольцо" в виде заглушенного снизу патрубка с продольными пазами и радиальными каналами с кольцевым уступом вверху и конусной поверхностью внизу, телескопически к которому в нижней муфте обсадной колонны установлено нижнее опорное кольцо, снабженное срезными элементами, свободные концы которых входят в продольные пазы патрубка, и имеет в нижнем торце конусную расточку, адекватную конусной поверхности патрубка.

Новым является то, что устройство снабжено верхним опорным кольцом, установленным в верхней муфте, выполненным с кольцевой расточкой на внутренней поверхности в нижней части, внутренний диаметр которого равен наружному диаметру заглушки, расположенной на нижнем конце промывочных труб и выполненной в виде двух телескопически соединенных деталей, верхняя из которых жестко связана с промывочными трубами, а нижняя соединена с верхней деталью срезными элементами и снабжена пружинным фиксатором на наружной поверхности, над заглушкой имеются радиальные каналы, соединяющие внутреннюю полость промывочных труб с межколонным пространством, причем нижняя и верхняя муфты соединены патрубком.

На фиг.1 изображено предлагаемое устройство в продольном разрезе, спущенное в скважину.

На фиг.2 - то же самое в процессе закачки в скважину тампонажного раствора.

Устройство представляет собой "стоп-кольцо", выполненное в виде заглушенного снизу патрубка 1 (фиг.1) с кольцевым уступом 2 на наружной поверхности, снабженного продольными пазами 3 и радиальными каналами 4. Заглушенный участок 5 патрубка 1 с наружной стороны выполнен с конусной поверхностью 6, малое основание конуса которого обращено к верхней части, а его диаметр равен наружному диаметру патрубка 1. Телескопически к патрубку 1 напротив продольных пазов 3 в нижней муфте 7 установлено нижнее опорное кольцо 8, снабженное срезными элементами 9, свободные концы которых входят в продольные пазы 3. В нижнем торце опорного кольца 8 с внутренней стороны выполнена конусная расточка 10, адекватная конусной поверхности 6 патрубка 1.

Над "стоп-кольцом" в верхней муфте 11 расположено верхнее опорное кольцо 12 с внутренней кольцевой расточкой 13.

Устройство снабжено заглушкой, установленной на нижнем конце промывочных труб 14 и выполненной в виде двух телескопически соединенных деталей 15 и 16, верхняя 15 из которых жестко связана с промывочными трубами 14, а нижняя 16 соединена с верхней 15 срезными элементами 17 и имеет на наружной поверхности фиксатор 18 в виде пружинного кольца. Над заглушкой выполнены радиальные каналы 19 и установлены центраторы 20.

Муфты 7 и 11 соединены патрубком 21. Устройство снабжено уплотнениями 22. Детали "стоп-кольца", верхнее опорное кольцо 12 и заглушка 16 изготовлены из разбуриваемых материалов.

Устройство работает следующим образом.

После подготовки скважины в нее на проектную глубину спускают обсадную колонну 23, на нижнем конце которой установлено предлагаемое устройство с башмаком 24. Жидкость свободно проходит в обсадную колонну. Затрубное пространство герметизируют. Затем во внутрь обсадных труб 23 спускают колонну промывочных труб 14 с заглушкой на конце (15, 16), которая проходит через верхнее опорное кольцо 12, сажают на "стоп-кольцо" и частично разгружают. Под воздействием нагрузки срезные элементы 9 разрушаются, после чего промывочные трубы приподнимают до положения, изображенного на фиг.2, на устье герметизируют межколонное пространство 25 и осуществляют промывку скважины. После этого через промывочные трубы 14, радиальные каналы 19, "стоп-кольцо" и башмак 24 в заколонное пространство скважины закачивают тампонажный раствор, который после выхода его на устье направляют в емкость заливочного агрегата и осуществляют круговую циркуляцию, постоянно контролируя плотность тампонажного раствора на входе и выходе из скважины.

После стабилизации тампонажного раствора по плотности (этот момент наступает примерно через один час циркуляции) круговую циркуляцию прекращают и через промывочные трубы 14 закачивают расчетный объем продавочной жидкости, оставив примерно 100 л тампонажного раствора в промывочных трубах. Давление закачки сбрасывают. Под воздействием перепада давления, создаваемого столбом тампонажного раствора в заколонном пространстве и направленного снизу вверх, заглушенный патрубок 1 перемещается вверх относительно нижнего опорного кольца 8 и заклинивается в месте контакта конусных поверхностей 6 и 10, перекрывая внутриколонное пространство обсадных труб от заколонного. Промывочные трубы 14 приподнимают до положения, когда заглушка войдет в верхнее опорное кольцо 12 и фиксатор 18 упрется в упор кольцевой расточки 13, при этом радиальные каналы 19 будут находиться выше верхнего опорного кольца 12. Путем прямой или обратной промывки через межколонное пространство 25 и промывочные трубы 14 удаляют оставшийся тампонажный раствор из промывочных труб 14. После этого промывочным трубам делают натяжку, срезные элементы 17 разрушаются, детали 15 и 16 заглушки разъединяются, причем нижняя деталь 16 вместе со "стоп-кольцом" надежно перекрывают сечение обсадной колонны от проникновения тампонажного раствора из-за заколонного пространства. Промывочные трубы с верхней деталью 15 заглушки поднимают на поверхность и скважину оставляют на ОЗЦ (ожидание затвердевания цемента).

Благодаря тому что в процессе круговой циркуляции тампонажного раствора последний не подвергает эрозии уплотняемые поверхности в зоне верхнего опорного кольца, достигается надежная и гарантированная герметизация низа обсадной колонны.

Устройство для цементирования обсадной колонны в скважине, включающее "стоп-кольцо" в виде заглушенного снизу патрубка с продольными пазами и радиальными каналами, с кольцевым уступом вверху и конусной поверхностью внизу, телескопически к которому в нижней муфте обсадной колонны установлено нижнее опорное кольцо, снабженное срезными элементами, свободные концы которых входят в продольные пазы патрубка, и имеющее в нижнем торце конусную расточку, адекватную конусной поверхности патрубка, отличающееся тем, что оно снабжено верхней муфтой с установленным в ней верхним опорным кольцом, выполненным с кольцевой расточкой на внутренней поверхности в нижней части, внутренний диаметр которого равен наружному диаметру заглушки, расположенной на нижнем конце промывочных труб и выполненной в виде двух телескопически соединенных деталей, верхняя из которых жестко связана с промывочными трубами, а нижняя соединена с верхней деталью срезными элементами и снабжена пружинным фиксатором на наружной поверхности, над заглушкой имеются радиальные каналы, соединяющие внутреннюю полость промывочных труб с межколонным пространством, причем нижняя и верхняя муфты соединены патрубком.