Устройство для ступенчатого цементирования хвостовика

Изобретение относится к области строительства и эксплуатации нефтяных и газовых скважин и, в частности, к устройствам для ступенчатого цементирования хвостовиков обсадных колонн. Устройство включает собственно хвостовик обсадной колонны, транспортировочную колонну, связанную с хвостовиком, муфту ступенчатого цементирования, размещенную в хвостовике, нижнюю и верхнюю подвесные полые пробки, размещенные на транспортировочной колонне, взаимодействующие с внутренней поверхностью хвостовика и имеющие, каждая из них, корпус с окнами, посадочное седло-втулку, зафиксированную на корпусе срезными элементами, наружное кольцо и вкладыши, размещенные в окнах корпуса и фиксирующие его в наружном кольце, которое в нижней пробке связано с верхней пробкой, а в верхней пробке - с хвостовиком. Корпусы пробок имеют возможность их соответственно последовательной расфиксации относительно наружных колец при осевом перемещении в крайнее нижнее положение посадочных седел-втулок, расчетный ход каждой из которых на 10-30% превышает высоту вкладышей. Обеспечивает повышение надежности работы устройства в целом, а также повышение надежности крепления подвесных цементировочных пробок. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Изобретение относится к области строительства и эксплуатации нефтяных и газовых скважин и, в частности, к ступенчатому цементированию хвостовиков обсадных колонн.

Известно устройство для ступенчатого цементирования хвостовика, включающее корпус с боковыми отверстиями, систему кольцевых подвижных втулок с радиальными отверстиями и седла для посадки элементов приведения в действие устройства [1].

Данное устройство не может быть применено в горизонтальных и наклонных скважинах, т.к. падающая под собственным весом пробка не в состоянии достичь седла и герметично его перекрыть.

Следует отметить, что при ступенчатом цементировании хвостовика используют, как минимум, две разделительные пробки с различными наружными диаметрами манжет. Первая пробка (с меньшим диаметром манжет) служит для получения сигнала «стоп» первой ступени цементирования, вторая (с большим диаметром манжет) - для закрытия цементировочных окон муфты второй ступени цементирования. Применение двух пробок требует равнопроходного канала колонны, что невозможно при ступенчатом цементировании хвостовиков, так как хвостовик спускают на инструменте (транспортировочной колонне) меньшего, чем сам хвостовик, диаметра. Кроме того, известные системы использования подвесных цементировочных пробок в хвостовиках не обеспечивают надежного крепления этих пробок, исключающих их преждевременное срабатывание и вызывающее аварийные ситуации.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности работы устройства в целом, а также повышение надежности крепления подвесных цементировочных пробок.

Необходимый технический результат достигается тем, что устройство для ступенчатого цементирования хвостовика обсадной колонны включает собственно хвостовик обсадной колонны, транспортировочную колонну, связанную с хвостовиком, муфту ступенчатого цементирования, размещенную в хвостовике, нижнюю и верхнюю подвесные полые пробки, размещенные на транспортировочной колонне, взаимодействующие с внутренней поверхностью хвостовика и имеющие, каждая из них, корпус с окнами, посадочное седло-втулку, зафиксированную на корпусе срезными элементами, наружное кольцо и вкладыши, размещенные в окнах корпуса и фиксирующие его в наружном кольце (в его внутренней проточке под вкладыши), которое в нижней пробке связано с верхней пробкой, а в верхней пробке - с хвостовиком, при этом корпусы пробок имеют возможность соответственно последовательной их расфиксации относительно наружных колец при осевом перемещении в крайнее нижнее положение посадочных седел-втулок, расчетный ход каждой из которых на 10-30% превышает высоту вкладышей.

Кроме того:

муфта ступенчатого цементирования имеет корпус с цементировочными окнами, дифференциальную втулку, зафиксированную срезными элементами в корпусе этой муфты, перекрывающую его цементировочные окна и образующую с ним кольцевую полость, кольцевую втулку, зафиксированную срезными элементами в корпусе цементировочной муфты над дифференциальной втулкой;

дифференциальная втулка имеет полый срезной штифт для связи полости хвостовика с кольцевой полостью;

посадочные седла нижней и верхней подвесных полых пробок имеют внутреннюю фаску в нижней части под углом 30-45° к их боковой поверхности. Такое выполнение посадочных седел-втулок (в совокупности с расчетным ходом каждой из этих втулок на 10-30%, превышающим высоту вкладышей) в особой степени повышает надежность их посадки в крайнее нижнее положение за счет повышения эффективности очистки внутренней поверхности стенки хвостовика обсадной колонны от цементной корки.

Изобретение поясняется фиг.1-6.

Устройство предназначено для спуска в скважину на транспортировочной колонне и состоит из узла подвесных полых разделительных пробок (фиг.1) и муфты ступенчатого цементирования (фиг.2).

Узел подвесных полых пробок состоит их нижней подвесной полой пробки 1, в корпусе которой посредством срезных элементов 2 установлено посадочное седло-втулка 3, в окнах 4 корпуса нижней подвесной полой пробки 1 установлены вкладыши 5, внутренняя поверхность которых взаимодействует с наружной цилиндрической поверхностью посадочного седла-втулки 3, а наружная поверхность - с наружным кольцом 6, соединяющим верхнюю и нижнюю подвесные полые пробки 7. Таким образом, посредством вкладышей 5 нижняя подвесная полая пробка 1 жестко соединена с верхней подвесной полой пробкой 7. В корпусе верхней подвесной пробки 7 посредством срезных элементов 8 установлено посадочное седло-втулка 9, а в окнах 10 корпуса верхней полой пробки 7 установлены вкладыши 11, внутренняя поверхность которых взаимодействует с наружной цилиндрической поверхностью посадочного седла-втулки 9, а наружная поверхность - с наружным кольцом 12, соединяющим верхнюю полую пробку 7 с хвостовиком обсадной колонны 15. Таким образом, посредством вкладышей 11 верхняя подвесная полая пробка 7 жестко связана с хвостовиком обсадной колонны 15, в частности, через установочное седло 13, которое соединено с хвостовиком посредством левой трапецеидальной резьбы 14.

Внутренний диаметр - D₁ посадочного седла-втулки 3 нижней подвесной полой пробки 1 меньше внутреннего диаметра D₂ посадочного седла-втулки 9 верхней подвесной полой пробки 7 (D₁<D₂). Хвостовик обсадной колонны 15 с узлом подвесных полых пробок (фиг.1) и муфтой ступенчатого цементирования (фиг.2) спускают в скважину на транспортировочной колонне 16.

Муфту ступенчатого цементирования (фиг.2) устанавливают в хвостовике (в составе хвостовика) обсадной колонны 15 с расчетом спуска в заданный интервал скважины. Эта муфта состоит из корпуса 17 с радиальными отверстиями 18 и цементировочными окнами 19, нижнего переводника 20, дифференциальной втулки 21, образующей с корпусом и переводником кольцевую полость 22. Дифференциальная втулка 21 имеет полый срезной штифт 23 для связи полости хвостовика с кольцевой полостью 22. Муфта ступенчатого цементирования имеет также кольцевую втулку 24 с седлом 25 под верхнюю подвесную полую пробку 7. Дифференциальная втулка 21 закреплена в корпусе 17 срезными элементами 26, а кольцевая втулка 24 оборудована фиксатором конечного положения 27 и также закреплена в корпусе срезными элементами 28. Необходимую герметичность устройству обеспечивают уплотнительные кольца 29.

Устройство работает следующим образом.

После промывки скважины и закачивания расчетного объема тампонажного раствора первой ступени в колонну пускают первую верхнюю разделительную пробку (не показана), которая садится в посадочное седло-втулку 3 нижней подвесной полой пробки (фиг.1). При этом происходит разрушение срезных элементов 2, перемещение посадочного седла-втулки 3 и «проседание» - выход из взаимодействия - наружных поверхностей вкладышей 5 с наружным кольцом 6 верхней подвесной полой пробки 7 и, таким образом, освобождение нижней подвесной полой пробки 1 от верхней подвесной полой пробки 7 (фиг.3). Совмещенные пробки при прохождении проходного канала муфты ступенчатого цементирования (фиг.2) разрушают полый срезной штифт 23. После посадки совмещенных пробок на «стоп-кольцо» давление в полости хвостовика обсадной колонны повышают до расчетного и продавочная жидкость, поступая под избыточным давлением через разрушенный полый штифт 23 в кольцевую полость 22, срезает срезные элементы 26, перемещает дифференциальную втулку 21, открывая при этом цементировочные окна 19 (фиг.4).

После открытия цементировочных окон 19 производят «срезку» тампонажного раствора первой ступени цементирования, оказавшегося выше цементировочных окон, промывку верхнего интервала скважины, закачку в колонну расчетного объема тампонажного раствора 2-й ступени и пуск второй верхней разделительной пробки (не показан), т.е. цементирование второй ступени через цементировочные окна 19 муфты ступенчатого цементирования.

После посадки второй верхней разделительной пробки в посадочное седло-втулку 9 верхней подвесной полой пробки 7 происходит разрушение срезных элементов 8, перемещение посадочного седла-втулки 9, «проседание» вкладышей 11 и, таким образом, освобождение верхней подвесной полой пробки 7 от установочного седла 13. Совмещенные пробки (верхняя разделительная и верхняя подвесная полая 7), вытесняя тампонажный раствор второй ступени через цементировочные окна 19 муфты, садятся в седло 25 кольцевой втулки 24, разрушают срезные элементы 28 и, перемещая кольцевую втулку 24, герметично перекрывают цементировочные окна 19 муфты ступенчатого цементирования. Фиксатор 27 жестко фиксирует конечное положение кольцевой втулки 24 относительно корпуса 17 муфты ступенчатого цементирования (фиг.5). После окончания процесса цементирования второй ступени производят вращение вправо транспортировочной колонны 16 и ее отворот с установочным седлом 13 по левой трапецеидальной резьбе 14 от хвостовика обсадной колонны 15. После отворота транспортировочной колонны 16 с установочным седлом 14 производят смыв избыточного тампонажного раствора с «головы» хвостовика обсадной колонны 15 с максимально возможной производительностью (фиг.6).

Источник информации

1. А.И.Булатов и др. Справочник инженера по бурению, книга 3, Москва, Недра, 1995 г., стр.142-145.

1. Устройство для ступенчатого цементирования хвостовика обсадной колонны, включающее собственно хвостовик обсадной колонны, транспортировочную колонну, связанную с хвостовиком, муфту ступенчатого цементирования, размещенную в хвостовике, нижнюю и верхнюю подвесные полые пробки, размещенные на транспортировочной колонне, взаимодействующие с внутренней поверхностью хвостовика и имеющие, каждая из них, корпус с окнами, посадочное седло-втулку, зафиксированную на корпусе срезными элементами, наружное кольцо и вкладыши, размещенные в окнах корпуса и фиксирующие его в наружном кольце, которое в нижней пробке связано с верхней пробкой, а в верхней пробке - с хвостовиком, при этом корпусы пробок имеют возможность их соответственно последовательной расфиксации относительно наружных колец при осевом перемещении в крайнее нижнее положение посадочных седел-втулок, расчетный ход каждой из которых на 10-30% превышает высоту вкладышей.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что муфта ступенчатого цементирования имеет корпус с цементировочными окнами, дифференциальную втулку, зафиксированную срезными элементами в корпусе этой муфты, перекрывающую его цементировочные окна и образующую с ним кольцевую полость, кольцевую втулку, зафиксированную срезными элементами в корпусе цементировочной муфты над дифференциальной втулкой.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что дифференциальная втулка имеет полый срезной штифт для связи полости хвостовика с кольцевой полостью.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что посадочные седла нижней и верхней подвесных полых пробок имеют внутреннюю фаску в нижней части под углом 30-45° к их боковой поверхности.