Устройство для цементирования хвостовика в скважине

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности. Обеспечивает упрощение конструкции и расширение функциональных возможностей устройства. Устройство включает хвостовик со спущенной в него колонной насосно-компрессорных труб, разъединитель, снабженный левой резьбой для соединения через муфту с верхним концом хвостовика, башмак с проходным каналом и муфтой. Согласно изобретению устройство снабжено пакерующим узлом, состоящим из корпуса с надетой на него цилиндрической эластичной манжетой с кольцевыми наружными и внутренними канавками, опирающейся снизу на жестко установленную втулку и контактирующую сверху с подвижной втулкой, которая, в свою очередь, - с защитной втулкой. Между торцами втулок установлено пружинное стопорное кольцо. Защитная втулка снабжена срезными винтами, расположенными в продольных пазах корпуса, соединенными другими концами меньшего диаметра с управляющей втулкой, установленной внутри корпуса, соединенной с ним и выполненной с цилиндрической выборкой на концевом участке с внутренней стороны. Верхняя часть корпуса снабжена радиальными каналами, перекрытыми с наружной стороны эластичным клапаном-рукавом. По концам корпус соединен с муфтами с уплотнительными кольцами изнутри и пластинчатыми центраторами снаружи. Верхняя муфта соединена с хвостовиком, а нижняя соединена с перфорированным участком хвостовика, а последний - с башмаком, между торцами которых установлена уплотнительная втулка. Колонна насосно-компрессорных труб с наконечником на конце в средней части снабжена заливочным узлом. Последний состоит из патрубка с цилиндрической выборкой, в которой установлены пружинное стопорное кольцо и набор манжет, поджатых сверху заливочным корпусом с радиальными каналами, в исходном положении перекрытыми подвижным клапаном в виде стакана, соединенного с заливочным корпусом и снабженного эластичным кольцом. Верхняя часть колонны насосно-компрессорных труб соединена с переводником, установленным внутри разъединителя. Между торцами разъединителя и хвостовика расположена опорная втулка, имеющая с внутренней стороны два продольных утолщенных участка, расположенных друг против друга, соединенная с муфтой хвостовика и взаимодействующая верхними торцами утолщенных участков с нижними торцами шпонок. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к строительству и ремонту скважин с использованием цементируемых хвостовиков значительной длины и найдет преимущественное применение в скважинах с горизонтальным забоем.

Известно устройство для цементирования хвостовика в скважине, включающее хвостовик со спущенной в него колонной НКТ (насосно-компрессорные трубы) и разъединитель в виде переводника, соединенный верхней частью с подъемными трубами (патент РФ № 2161241, МПК 7 Е 21 В 33/14, 2000).

Недостатками устройства являются сложность конструкции, большая металлоемкость и трудность изготовления и сборки, а также сложность технологического процесса его применения.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для цементирования хвостовика в скважине, включающее хвостовик со спущенной в него колонной НКТ ограниченной длины, разъединитель, снабженный наружной левой резьбой для соединения через муфту с верхним концом хвостовика, башмак с проходным каналом и муфтой (патент РФ на полезную модель № 44348, МПК 7 Е 21 В 33/14, 2005).

Недостатками устройства являются:

- невозможность цементирования хвостовика в скважинах с горизонтальным забоем;

- при цементировании изолируется и продуктивный пласт, что снижает его коллекторские свойства и вызывает необходимость вторичного вскрытия;

- сложность конструкции;

- невозможность дальнейшего углубления скважины, обусловленная наличием в конструкции клапанов (каленые детали).

Задачей изобретения является разработка устройства упрощенной конструкции с расширенными функциональными возможностями и не влияющего отрицательно, при цементировании, на коллекторские свойства продуктивных пластов.

Указанная задача решается предлагаемым устройством для цементирования хвостовика в скважине, включающим хвостовик со спущенной в него колонной НКТ ограниченной длины, разъединитель, снабженный левой резьбой для соединения через муфту с верхним концом хвостовика, башмак с проходным каналом и муфтой.

Новым является то, что устройство снабжено пакерующим узлом, состоящим из корпуса с надетой на него цилиндрической эластичной манжетой с кольцевыми наружными и внутренними канавками, опирающейся снизу на жестко установленную втулку и контактирующей сверху с подвижной втулкой, которая, в свою очередь, - с защитной втулкой, между торцами втулок установлено пружинное стопорное кольцо с насечками, а на корпусе для них выполнены насечки противоположного направления; защитная втулка снабжена срезными винтами, расположенными в продольных пазах корпуса, соединенными другими концами меньшего диаметра с управляющей втулкой, установленной внутри корпуса, соединенной с ним срезными элементами и выполненной с цилиндрической выборкой на концевом участке с внутренней стороны; верхняя часть корпуса снабжена радиальными каналами, перекрытыми с наружной стороны эластичным клапаном-рукавом, жестко закрепленным в нижней части; по концам корпус соединен с муфтами с уплотнительными кольцами изнутри и пластинчатыми центраторами снаружи, причем верхняя муфта соединена с хвостовиком, а нижняя, выполненная с кольцевым уступом, соединена с перфорированным участком хвостовика, а последний - с башмаком, между торцами которых установлена уплотнительная втулка; колонна НКТ ограниченной длины с наконечником на конце в средней части снабжена заливочным узлом, состоящим из патрубка с цилиндрической выборкой снаружи, в которой установлены пружинное стопорное кольцо и набор манжет, поджатых сверху заливочным корпусом с радиальными каналами, в исходном положении перекрытыми подвижным клапаном в виде стакана, соединенного с заливочным корпусом срезными элементами и снабженного выступающим внутрь эластичным кольцом; верхняя часть колонны НКТ ограниченной длины соединена с переводником со шпонками на наружной поверхности, установленным внутри разъединителя, имеющего проточки под шпонки, а между торцами разъединителя и хвостовика расположена опорная втулка, имеющая с внутренней стороны два продольных утолщенных участка, расположенных друг против друга, соединенная с муфтой хвостовика срезными винтами и взаимодействующая верхними торцами утолщенных участков с нижними торцами шпонок.

Новым также является то, что наружные и внутренние кольцевые канавки цилиндрической эластичной манжеты находятся друг относительно друга в шахматном порядке.

Новым также является то, что наружный диаметр верхней части заливочного корпуса равен внутреннему диаметру верхней муфты, наружный диаметр управляющей втулки равен внутреннему диаметру нижней муфты на участке расположения уплотнительных колец, а наружный диаметр манжет заливочного узла равен внутреннему диаметру управляющей втулки.

Новым также является то, что наружная поверхность пружинного стопорного кольца в заливочном узле выполнена по сфере.

На фиг.1 изображено предлагаемое устройство в продольном разрезе.

На фиг.2 - сечение по А-А фиг.1.

Устройство состоит из хвостовика 1 (фиг.1), собранного из труб необходимой длины. Муфтой 2 с резьбой левого направления хвостовик сверху соединен с разъединителем 3, а снизу - с верхней муфтой 4, снабженной изнутри уплотнительными кольцами 5, а снаружи - пластинчатыми центраторами 6. Верхняя муфта 4 соединена с пакерующим узлом, состоящим из корпуса 7 с радиальными каналами 8 вверху и продольными пазами 9. На корпус 7 надета цилиндрическая эластичная манжета 10 с кольцевыми наружными и внутренними канавками, расположенными друг относительно друга в шахматном порядке. Манжета 10 сверху упирается в верхнюю подвижную втулку 11, а последняя, в свою очередь, - в защитную втулку 12, между торцами которых установлено пружинное стопорное кольцо 13 с насечками, а на корпусе 7 для них выполнены насечки противоположного направления. Защитная втулка 12 с помощью срезных винтов 14, установленных в продольных пазах 9 корпуса 7, соединена с управляющей втулкой 15, снабженной цилиндрической выборкой 16 изнутри в нижней части и соединенной с корпусом 7 срезными элементами 17. Выше защитной втулки 12 установлен эластичный клапан-рукав 18, жестко закрепленный снизу и перекрывающий радиальные каналы 8. Снизу манжета 10 опирается на неподвижную втулку 19. Корпус 7 в нижней части соединен с нижней муфтой 20, имеющей изнутри кольцевой уступ 21 и уплотнительные кольца 22, а снаружи - пластинчатые центраторы 23. Нижняя муфта 20 через перфорированный участок хвостовика 24, муфту 25 соединена с башмаком 26. В муфте 25, между перфорированным участком хвостовика 24 и башмаком 26, установлена уплотнительная втулка 27.

Внутри хвостовика 1 находится колонна НКТ 28 ограниченной длины с наконечником 29 и заливочным узлом в средней части, состоящим из патрубка 30 с цилиндрической выборкой 31, в которой установлены пружинное стопорное кольцо 32 и набор манжет 33, поджатых сверху заливочным корпусом 34, снабженным радиальными каналами 35, в исходном положении перекрытыми подвижным клапаном 36 в виде стакана, соединенного с заливочным корпусом 34 срезными элементами 37 и имеющим внутри эластичное кольцо 38, выступающее внутрь и, седло 39. Верхняя часть колонны НКТ 28 соединена с переводником 40 со шпонками 41 на наружной поверхности, установленным внутри разъединителя 3, снабженного проточками под шпонки 41. Между торцами разъединителя 3 и хвостовика 1 расположена опорная втулка 42 (фиг.2), имеющая с внутренней стороны продольные утолщенные находящиеся друг против друга участки 43, соединенная с муфтой 2 срезными винтами 44. Верхние торцы утолщенных участков 43 взаимодействуют с нижними торцами шпонок 41. Сопрягаемые детали устройства снабжены уплотнительными кольцами 45.

Работает устройство следующим образом.

Устройство в собранном виде на подъемных трубах (на фиг. не показано) спускают в скважину, до упора на забои периодически делая промывку (длины башмака 26 и перфорированной части хвостовика 24 берут с таким расчетом, чтобы пакерующий узел находился выше продуктивного пласта). После чего подъемные трубы вращают вправо, разъединитель 3 отсоединяется от муфты 2 хвостовика 1. Это происходит благодаря левой резьбе, соединяющей муфту 2 и разъединитель 3 и шпоночному соединению между ним и переводником 40. Инструмент разгружают и, если он не опускается вниз, его поворачивают вправо еще до тех пор, пока шпонки выйдут из взаимодействия с утолщенными участками 43 опорной втулки 42. После этого инструмент беспрепятственно опускается вниз до момента, когда заливочный корпус 34 упрется в управляющую втулку 15. Разрушаются срезные элементы 17, инструмент с НКТ 28 продолжают двигаться вниз вместе с защитной втулкой 12 и верхней подвижной втулкой 11, сжимая и гофрируя цилиндрическую эластичную манжету 10. В конце запакеровки разрушаются срезные винты 14, а стопорное кольцо 13 фиксирует эластичную манжету 10. Инструмент с НКТ 28 продолжают двигаться вниз до упора управляющей втулки 15 в кольцевой выступ 21. Разгрузка инструмента закончена. В конце разгрузки цилиндрическая поверхность 46 заливочного корпуса 34 находится в зоне уплотнительных колец 5, управляющая втулка 15 - в зоне уплотнительных колец 22, а манжеты 33 находятся внутри управляющей втулки 15. Стопорное кольцо 32 располагается в цилиндрической выборке 16 управляющей втулки 15. После этого определяют герметичность пакерующего узла, для чего создают избыточное давление в затрубном пространстве. Если отсутствует циркуляция, внутрь НКТ 28 бросают шар, который входит в клапан 36 и садится на седло 39. Внутри НКТ создают избыточное давление, благодаря чему срезные элементы 37 разрушаются, а клапан 36 опускается вниз, открывая радиальные каналы 35 в заливочном корпусе 34. Осуществляют промывку, а затем закачивают необходимый объем цементного раствора с расчетом оставления 100-150 л внутри НКТ. Затем, не снижая давления, приподнимают инструмент, благодаря чему управляющая втулка 15 также поднимается вверх до упора, так как ее удерживает стопорное кольцо 32, и перекрывает радиальные каналы 8 с внутренней стороны корпуса 7. С внешней стороны корпуса 7 эти каналы перекрываются эластичным клапаном-рукавом 18. Создается двойное уплотнение. Под натяжкой инструмента стопорное кольцо 32 проскакивает выступ 48 цилиндрической выборки 16 управляющей втулки 15. Инструмент приподнимают еще на 2-3 м и прямой или обратной промывкой удаляют излишки цементного раствора из НКТ 28 и поднимают инструмент с НКТ на поверхность. При подъеме заливочный корпус 34 упрется в опорную втулку 42, под нагрузкой срезной винт 44 разрушается и упомянутая втулка также поднимается на поверхность. В дальнейшем при необходимости управляющую втулку 15 можно разбурить, также как и уплотнительную втулку 27, они изготовлены из легкоразбуриваемого материала. После ОЗЦ (ожидание затвердевания цемента) проводят необходимый комплекс работ и скважину сдают в эксплуатацию.

Предлагаемое устройство проще по конструкции, чем известное. Его с успехом можно использовать в горизонтальных скважинах, причем при запакеровке можно создавать практически любые нагрузки. При цементировании хвостовика ствол скважины напротив продуктивных пластов остается открытым, что исключает ухудшение их коллекторских свойств.

1. Устройство для цементирования хвостовика в скважине, включающее хвостовик со спущенной в него колонной насосно-компрессорных труб НКТ ограниченной длины, разъединитель, снабженный левой резьбой для соединения через муфту с верхним концом хвостовика, башмак с проходным каналом и муфтой, отличающееся тем, что оно снабжено пакерующим узлом, состоящим из корпуса с надетой на него цилиндрической эластичной манжетой с кольцевыми наружными и внутренними канавками, опирающейся снизу на жестко установленную втулку и контактирующую сверху с подвижной втулкой, которая, в свою очередь, - с защитной втулкой, между торцами которых установлено пружинное стопорное кольцо с насечками, а на корпусе для них выполнены насечки противоположного направления; защитная втулка снабжена срезными винтами, расположенными в продольных пазах корпуса, соединенными другими концами меньшего диаметра с управляющей втулкой, установленной внутри корпуса, соединенной с ним срезными элементами и выполненной с цилиндрической выборкой на концевом участке с внутренней стороны; верхняя часть корпуса снабжена радиальными каналами, перекрытыми с наружной стороны эластичным клапаном-рукавом, жестко закрепленным в нижней части; по концам корпус соединен с муфтами с уплотнительными кольцами изнутри и пластинчатыми центраторами снаружи, причем верхняя муфта соединена с хвостовиком, а нижняя, выполненная с кольцевым уступом изнутри, соединена с перфорированным участком хвостовика, а последний - с башмаком, между торцами которых установлена уплотнительная втулка; колонна НКТ ограниченной длины с наконечником на конце в средней части снабжена заливочным узлом, состоящим из патрубка с цилиндрической выборкой снаружи, в которой установлены пружинное стопорное кольцо и набор манжет, поджатых сверху заливочным корпусом с радиальными каналами, в исходном положении перекрытыми подвижным клапаном в виде стакана, соединенного с заливочным корпусом срезными элементами и снабженного выступающим во внутрь эластичным кольцом; верхняя часть колонны НКТ ограниченной длины соединена с переводником со шпонками на наружной поверхности, установленным внутри разъединителя, имеющего проточки под шпонки, а между торцами разъединителя и хвостовика расположена опорная втулка, имеющая с внутренней стороны два продольных утолщенных участка, расположенных друг против друга, соединенная с муфтой хвостовика срезными винтами и взаимодействующая верхними торцами утолщенных участков с нижними торцами шпонок.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что наружные и внутренние кольцевые канавки цилиндрической эластичной манжеты находятся относительно друг друга в шахматном порядке.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что наружный диаметр верхней части заливочного корпуса равен внутреннему диаметру верхней муфты, наружный диаметр управляющей втулки равен внутреннему диаметру нижней муфты на участке расположения уплотнительных колец, а наружный диаметр манжет заливочного узла равен внутреннему диаметру управляющей втулки.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что наружная поверхность пружинного стопорного кольца в заливочном узле выполнена по сфере.