Скважинный вибратор для обсадной колонны

Изобретение относится к строительству скважин, а именно к устройствам для цементирования обсадных колонн. Обеспечивает упрощение конструкции устройства и повышение надежности его работы. Сущность изобретения: вибратор включает полый корпус с присоединительными резьбами, клапан, перепускной канал и элемент перекрытия этого канала. Сущность изобретения: корпус соединен с колонной труб, спускаемых в обсадную колонну, заглушен снизу и снабжен верхним, средним и нижним рядами радиальных отверстий. Верхние и средние каналы соединены снаружи перепускным каналом, образованным цилиндрической втулкой, установленной на корпус с возможностью вращения и оборудованной перегородкой в виде шнека и элементом перекрытия перепускного канала, которые установлены в перепускном канале. Элемент перекрытия этого канала выполнен в виде цилиндрической вставки, жестко соединенной изнутри с цилиндрической втулкой и частично перекрывающей средний ряд радиальных отверстий и оснащенной выборками. Выборки выполнены с возможностью периодического совмещения со средним рядом отверстий при вращении цилиндрической втулки относительно корпуса. 2 ил.

 

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

Известен вибробашмак цементируемой колонны (патент РФ №2061841, МПК 7 Е21В 33/16, опубл. в Бюл. №16 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, что несомненно увеличивает стоимость изделия, а невыполнение жестких требований при изготовлении и сборке снижает надежность работы устройства.

Технической задачей изобретения является упрощение конструкции устройства и повышение надежности его работы.

Поставленная техническая задача решается предлагаемым скважинным вибратором для обсадной колонны, включающим полый корпус с присоединительными резьбами, клапан, перепускной канал и элемент перекрытия этого канала.

Новым является то, что корпус соединен с колонной труб, спускаемых в обсадную колонну, заглушен снизу и снабжен верхним, средним и нижним рядами радиальных отверстий, а верхние и средние каналы соединены снаружи перепускным каналом, образованным цилиндрической втулкой, установленной на корпус с возможностью вращения и оборудованной перегородкой в виде шнека и элементом перекрытия перепускного канала, которые установлены в перепускном канале, причем элемент перекрытия этого канала выполнен в виде цилиндрической вставки, жестко соединенной изнутри с цилиндрической втулкой, частично перекрывающей средний ряд радиальных отверстий и оснащенной выборками, которые выполнены с возможностью периодического совмещения со средним рядом отверстий при вращении цилиндрической втулки относительно корпуса.

На фигуре 1 изображено предлагаемое устройство перед цементированием обсадной колонны в продольном разрезе.

На фигуре 2 изображен разрез А-А.

Скважинный вибратор для обсадной колонны включает полый корпус 1 с присоединительной резьбой 2 и заглушкой 3 на конце, клапан 4, перепускной канал 5 и элемент перекрытия 6. Корпус 1 сверху соединен с колонной труб 7 (например, колонной насосно-компрессорных труб), спускаемых в обсадную колонну 8.

Корпус 1 снизу и снабжен верхним 9, средним 10, нижним 11 рядами радиальных отверстий, причем верхний 9 и средний 10 ряды радиальных отверстий соединены снаружи перепускным каналом 5. Перепускной канал 5 образован цилиндрической втулкой 12, установленной на корпус 1 с возможностью вращения относительно корпуса 1, например, посредством шариков 13 (см. фиг.2), установленных во взаимообращенных пазах корпуса 1 и цилиндрической втулки 12 на верхнем и нижнем концах корпуса 1.

Цилиндрическая втулка 12 оборудована перегородкой 14 в виде шнека и элементом перекрытия 6, которые установлены в перепускном канале 5.

Элемент перекрытия 6 перепускного канала 5 выполнен в виде цилиндрической вставки 15, жестко соединенной изнутри с цилиндрической втулкой 12 и частично перекрывающей средний ряд радиальных отверстий 10. Цилиндрическая вставка 15 оснащена выборками (на фиг.1 и 2 не показано), которые выполнены с возможностью периодического совмещения со средним рядом отверстий 10 при вращении цилиндрической втулки 12 относительно корпуса 1.

Нижний ряд радиальных отверстий 11 корпуса 1 гидравлически сообщает внутренние пространства колонны труб 7 и обсадной колонны 8. 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 фигуре.

Снизу к заглушке 3 корпус 1 посредством срезного элемента 16 присоединяют обратный клапан 17, выполненный 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. Несанкционированные перетоки жидкости исключаются уплотнительными элементами 26. Перегородка 27 со сквозными отверстиями установлена жестко в корпусе 1 ниже верхнего ряда радиальных отверстий 9 и ограничивает перемещение клапана 4 вверх.

Устройство работает следующим образом.

В обсадную колонну 8, скомпонованную и спущенную в скважину, на конце колонны труб 7 (см. фиг.1) спускают скважинный вибратор для обсадной колонны, при этом в присоединительную резьбу 2 вворачивают нижний конец колонны труб 7.

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, поскольку клапан 4 перекрывает дальнейшее движение цементного раствора по полому корпусу 1, поступает через верхний ряд радиальных отверстии в перепускной канал 5, при этом закачку цементного раствора продолжают и цементный раствор, двигаясь вниз по перепускному каналу 5, воздействует на перегородку 14 цилиндрической втулки 15, выполненную в виде шнека, вследствие чего цилиндрический корпус 12 приходит во вращательное движение относительно корпуса 1. Цементный раствор, двигаясь вниз по перепускному каналу 5, достигает цилиндрическую вставку 15, оснащенную выборками (на фиг.1 и 2 не показано), установленными напротив среднего ряда радиальных отверстий 10. Поскольку происходит вращение цилиндрического корпуса 12 относительно корпуса 1, а цилиндрическая вставка 15, оснащенная выборками, жестко соединена с цилиндрическим корпусом 12, то средний ряд радиальных отверстий 10 посредством выборок цилиндрической вставки периодически сообщается с перепускным каналом 5. Происходит пульсирующее движение цементного раствора внутрь корпуса 1 ниже среднего ряда радиальных отверстий 10.

Благодаря же периодическому сообщению перепускного канала 5 с внутренним пространством корпуса 1 посредством среднего ряда радиальных отверстий 10 происходит пульсирующая закачка цементного раствора, который по внутреннему пространству корпуса 1 через нижний ряд радиальных отверстий 11 попадает во внутреннее пространство обсадной колонны 8 сквозь седло 21 и через переходник 23, ЦКОД 22 и далее сквозь сквозные отверстия 25 башмачной трубы 24 в наружное пространство обсадной колонны 8, цементируя последнюю.

По окончанию 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.

Предлагаемый скважинный вибратор для обсадной колонны состоит из технологически простых деталей, что позволяет снизить материальные затраты на изготовление и сборку, а повышение надежности в работе обусловлено упрощением конструкции устройства.

Скважинный вибратор для обсадной колонны, включающий полый корпус с присоединительными резьбами, клапан, перепускной канал и элемент перекрытия этого канала, отличающийся тем, что корпус соединен с колонной труб, спускаемых в обсадную колонну, заглушен снизу и снабжен верхним, средним и нижним рядами радиальных отверстий, а верхние и средние каналы соединены снаружи перепускным каналом, образованным цилиндрической втулкой, установленной на корпус с возможностью вращения и оборудованной перегородкой в виде шнека и элементом перекрытия перепускного канала, которые установлены в перепускном канале, причем элемент перекрытия этого канала выполнен в виде цилиндрической вставки, жестко соединенной изнутри с цилиндрической втулкой, частично перекрывающей средний ряд радиальных отверстий и оснащенной выборками, которые выполнены с возможностью периодического совмещения со средним рядом отверстий при вращении цилиндрической втулки относительно корпуса.