Скважинный вибратор для обсадной колонны

Изобретение относится к строительству скважин, а именно к устройствам для цементирования обсадных колонн. Обеспечивает упрощение конструкции устройства, повышение надежности его работы и возможность промывки его внутренней полости от остатков цементного раствора. Сущность изобретения: вибратор включает полый корпус с присоединительными резьбами, подпружиненный вверх и установленный в полости корпуса поршень-клапан и перепускной канал. Согласно изобретению корпус соединен с колонной труб, спускаемых в обсадную колонну, и снабжен верхним, средним и нижним рядами радиальных отверстий. Ряды отверстий соединены снаружи перепускным каналом. Средний ряд радиальных отверстий выполнен с возможностью перекрытия поршнем-клапаном в начальном положении. Перепускной канал между верхним и средним рядами радиальных отверстий снабжен клапаном, пропускающим снизу вверх. 1 ил.

 

Изобретение относится к строительству скважин, а именно к устройствам для цементирования обсадных колонн.

Известен вибробашмак цементируемой колонны (патент RU №2061841, МПК 7 Е21В 33/16, опубл. от 10.06.1996 г.), включающий полый корпус с боковыми отверстиями, присоединительной резьбой и предохранительным клапаном, цилиндр из легкоразбуриваемого материала с полостью, входным каналом, сообщающим полость корпуса с полостью цилиндра, и выходным осевым каналом, сообщающим полость цилиндра с внешним пространством, зубчатое колесо из легкоразбуриваемого материала на легкоразбуриваемом валу, размещенное в полости, сопло из легкоразбуриваемого материала, помещенное во входном канале и ориентированное в область делительного диаметра зубчатого колеса, и направляющую пробку, при этом цилиндр выполнен с карманом и полостью в виде цилиндрической полости, которая перекрыта диском, имеющим карман и эксцентричное отверстие, а вал зубчатого колеса выполнен с дебалансом в виде втулки с эксцентричным пластинчатым кругом и установлен по оси цилиндрической полости в карманах цилиндра и диска с возможностью открытия-закрытия пластинчатым кругом эксцентричного отверстия, при этом входной канал выполнен тангенциальным по отношению к цилиндрической полости, а боковое отверстие корпуса выполнено со стороны диска по оси цилиндрической полости.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является башмак обсадной колонны (авторское свидетельство SU №1661372, МПК 7 Е21В 33/14, опубл. в бюл. №25 от 07.07.1991 г.), включающий полый корпус с проходным верхним и нижним переводниками и расположенный внутри корпуса поршень-клапан с выступами на наружной поверхности в верхней части, подпружиненный относительно верхнего переводника, и шток, проходящий внутри поршня-клапана и связанный нижним концом с нижним переводником, при этом поршень-клапан выполнен с двумя внутренними полостями, разделенными кольцевым выступом, образующим осевой канал, и имеет элемент для перекрытия этого канала, причем этот элемент перекрывает осевой канал в верхнем положении поршня клапана и открывает в нижнем положении последнего.

Как аналогу, так и прототипу присущи общие недостатки:

во-первых, сложность конструкции, обусловленная большим количеством узлов и деталей;

во-вторых, сложность изготовления и сборки, обусловленная большим количеством технологически сложных деталей, а невыполнение жестких требований при изготовлении и сборке снижает надежность работы устройства;

в-третьих, во внутренних полостях вибробашмака по окончании прокачки остается цементный раствор, который, застывая, забивает проходные каналы, что перед повторным использованием требует разборки, очистки и сборки устройства.

Технической задачей изобретения является упрощение конструкции устройства и повышение надежности работы, а также возможность промывки внутренней полости устройства от остатков цементного раствора по окончании его закачки.

Поставленная техническая задача решается предлагаемым скважинным вибратором для обсадной колонны, включающим полый корпус с присоединительными резьбами, подпружиненный вверх и установленный в полости корпуса поршень-клапан и перепускной канал.

Новым является то, что корпус соединен с колонной труб, спускаемых в обсадную колонну, и снабжен верхним, средним и нижним рядами радиальных отверстий, которые соединены снаружи перепускным каналом, причем средний ряд радиальных отверстий выполнен с возможностью перекрытия поршнем-клапаном в начальном положении, а перепускной канал между верхним и средним рядами радиальных отверстий снабжен клапаном, пропускающим снизу вверх.

На чертеже изображено предлагаемое устройство перед цементированием обсадной колонны в продольном разрезе.

Скважинный вибратор для обсадной колонны включает полый корпус 1 с присоединительными резьбами 2 и 3, подпружиненный вверх посредством пружины 4, и установленный в полости корпуса 1 поршень-клапан 5 и перепускной канал 6. Корпус 1 сверху соединен с колонной труб 7 (например, колонной насосно-компрессорных труб), спускаемых в обсадную колонну 8.

Корпус 1 снабжен верхним 9, средним 10, нижним 11 рядами радиальных отверстий, которые соединены снаружи перепускным каналом 6. Средний ряд радиальных отверстий 10 выполнен с возможностью перекрытия поршнем-клапаном 5 в начальном положении. Перепускной канал 6 между верхним 9 и средним 10 рядами радиальных отверстий снабжен клапаном 12, пропускающим снизу вверх.

Компоновка нижней части обсадной колонны 8 и компоновка, присоединяемая к низу корпуса 1 скважинного вибратора для обсадной колонны, может быть различной.

В качестве примера рассмотрим один из вариантов компоновок, который представлен на чертеже. На нижний конец корпуса 1 навернут патрубок 13, заглушенный снизу заглушкой 14. В патрубке 13 выше заглушки 14 выполнены радиальные отверстия 15, гидравлически сообщающие внутренние пространства колонны труб 7 и обсадной колонны 8.

Заглушка 14 посредством срезного элемента 16 соединена с обратным клапаном 17, выполненным в виде полого заглушенного снизу цилиндра, имеющего наружную цилиндрическую выборку 18, в которой размещено стопорное кольцо 19, имеющее возможность взаимодействия с цилиндрической выборкой 20 седла 21. Седло 21 герметично установлено в составе обсадной колонны 8 выше центрального клапана обратного давления (ЦКОД) 22 и соединено с последним посредством переходника 23.

На нижний конец ЦКОДа 22 навернута башмачная труба 24 со сквозными отверстиями 25, гидравлически соединяющими внутреннее пространство обсадной колонны 8 с ее наружным пространством.

Устройство работает следующим образом.

В обсадную колонну 8, скомпонованную и спущенную в скважину, собирают и на конце колонны труб 7 спускают скважинный вибратор для обсадной колонны, при этом в присоединительную резьбу 3 вворачивают нижний конец колонны труб 7, а в присоединительную резьбу 2 корпуса 1 вворачивают патрубок 13 с обратным клапаном 17 на конце. Колонну труб 7 постепенно наращивают и устройство опускают в обсадную колонну 8 до тех пор, пока обратный клапан 17 не достигнет ЦКОДа 22, при этом расчет элементов компоновки производят таким образом, чтобы нижний торец корпуса 1 находился на 5-10 метров выше седла 21.

Производят цементирование обсадной колонны 8, при этом в колонну труб 7 с устья скважины закачивают цементный раствор, который, достигнув скважинного вибратора для обсадной колонны, сначала через верхний ряд радиальных отверстии 9 попадает в перепускной канал 6, заполняя его выше клапана 12, поскольку последний герметично разделяет верхний 9 и средний 10 ряды радиальных отверстий в перепускном канале 6 и пропускает только снизу вверх.

После заполнения перепускного канала 6 выше клапана 12 давление закачки воздействует сверху на поршень-клапан 5, в результате последний, сжимая пружину 4, опускается вниз до тех пор, пока не откроется средний ряд радиальных отверстий 10, который был перекрыт поршнем-клапаном 5 в начальном положении.

Закачку цементного раствора продолжают, вследствии чего последний из колонны труб 7 через открывшийся под действием давления закачки средний ряд радиальных отверстий 10 корпуса 1 по перепускному каналу 6 ниже клапана 12 сквозь нижний ряд радиальных отверстий 11 попадает внутрь корпуса 1 и далее в патрубок 13, при этом давление над поршнем-клапаном 5 падает и последний за счет возвратной силы пружины 4 возвращается обратно, перекрывая средний ряд радиальных отверстий 9.

Закачку цементного раствора продолжают, при этом давление над поршнем-клапаном 5 вновь возрастает и последний вновь опускается вниз, сжимая пружину 4 и открывая средний ряд радиальных отверстий 9, и вновь происходит поступление цементного раствора в патрубок 13.

В дальнейшем цикл повторяется, происходит пульсирующая закачка цементного раствора через радиальные отверстия 15 патрубка 13, внутреннее пространство обсадной колонны 8 ниже седла 21, через переходник 23 и ЦКОД 22, а также через сквозные отверстия 25 башмачной трубы 24 в наружное пространство обсадной колонны 8, цементируя последнюю.

По окончании цементирования обсадной колонны 8 закачку цементного раствора в колонну труб 7 прекращают. ЦКОД 22 под давлением столба цементного раствора за обсадной колонной 8 закрывается. Колонну труб 7 приподнимают вверх до тех пор, пока обратный клапан 17 герметично не вступит во взаимодействие с седлом 21. После этого к колонне труб 7 с устья скважины прикладывают дополнительную нагрузку, равную примерно 40-50 кН, до разрушения срезных элементов 16. После разрушения срезных элементов 16 колонну труб 7 приподнимают еще на 2-3 метра, при этом обратный клапан 17 стопорным кольцом 19, расположенным в его наружной цилиндрической выборке 18, фиксируется в цилиндрической выборке 20 седла 21.

Затем обратной промывкой (подачей промывочной жидкости в обсадную колонну 8) удаляют излишки цементного раствора из колонны труб 7 и скважинного вибратора для обсадной колонны.

Промывочная жидкость, закачиваемая в обсадную колонну 8 сквозь радиальные отверстия 15, поднимается вверх по патрубку 13 и далее, попав в корпус 1 через нижний ряд радиальных отверстий 11, поступает снизу в перепускной канал 6, где, поднимаясь и заполняя последний, воздействует на клапан 12 снизу. Клапан 12, пропускающий снизу вверх, поднимается вверх, выдавливая из перепускного канала 6 выше клапана 12 цементный раствор и перепуская через себя промывочную жидкость, поскольку средний ряд радиальных отверстий 10 корпуса 1 герметично перекрыт изнутри поршнем-клапаном 5. Промывочная жидкость, минуя клапан 12, по перепускному каналу 6, сквозь верхний ряд радиальных отверстий 9 поступает внутрь корпуса 1 и далее по колонне труб 7 вверх на устье скважины.

Таким образом, происходит промывка внутренних полостей скважинного вибратора для обсадной колонны.

Предлагаемый скважинный вибратор для обсадной колонны состоит из технологически простых деталей, что позволяет снизить материальные затраты на изготовление и сборку, а повышение надежности его работы связано с упрощением конструкции и возможностью промывки внутренних полостей устройства от остатков цементного раствора по окончании его закачки.

Скважинный вибратор для обсадной колонны, включающий полый корпус с присоединительными резьбами, подпружиненный вверх и установленный в полости корпуса поршень-клапан, и перепускной канал, отличающийся тем, что корпус соединен с колонной труб, спускаемых в обсадную колонну, и снабжен верхним, средним и нижним рядами радиальных отверстий, которые соединены снаружи перепускным каналом, причем средний ряд радиальных отверстий выполнен с возможностью перекрытия поршень-клапаном в начальном положении, а перепускной канал между верхним и средним рядами радиальных отверстий снабжен клапаном, пропускающим снизу вверх.