Устройство для цементирования обсадных колонн в скважинах

Изобретение относится к нефтегазодобывающей отрасли, а именно к устройствам для ступенчатого и манжетного цементирования обсадных колонн, в т.ч. и потайных обсадных колонн (хвостовиков) в боковых стволах скважин. Включает составной корпус, содержащий верхнюю и нижнюю части. В верхней части корпуса расположены технологические отверстия, перекрытые снаружи подпружиненной дифференциальной втулкой, зафиксированной срезным винтом, под которым размещен ограничительный винт. В нижней части корпуса выполнено технологическое отверстие, в котором установлен обратный клапан, сообщенный с пакером и перекрытый уплотнительным элементом трубчатого типа из пластичного материала. Между верхней и нижней частями корпуса размещен патрубок, на котором установлены уплотнительные V-образные манжеты. При поэтапном увеличении внутреннего давления в устройстве происходит последовательное срабатывание сначала пакера, затем дифференциальной втулки с последующим открытием технологических отверстий и цементированием заколонного пространства. При этом V-образные манжеты обеспечивают наибольшую герметичность на контакте со стенкой скважины. Повышает надежность разобщения пластов в скважинах при цементировании обсадных колонн, в том числе и потайных в боковых стволах скважин за счет упрощения конструкции устройства, а также сокращает время проведения технологических операций при цементировании обсадных колонн. 3 ил.

 

Изобретение относится к нефтегазодобывающей отрасли, а именно к устройствам для ступенчатого и манжетного цементирования обсадных колонн, в т.ч. и потайных обсадных колонн (хвостовиков) в боковых стволах скважин.

Известно устройство для ступенчатого и манжетного цементирования обсадных колонн, в т.ч. и потайных - пакер типа ПГМЦ, который состоит из устройства для изоляции пластов в скважине (гидравлического пакера) (Патент РФ №2182957, Е21В 33/13, 2001) и цементировочной муфты (Каталог комплексов технических средств для крепления скважин хвостовиками 102, 114, 127 мм. Россия, 390042, Рязань, ОАО «Тяжпрессмаш». www.tkpo.ryazan.ru). Устройство для изоляции пластов в скважине включает полый корпус с радиальным отверстием, перекрытым полым срезным штифтом, пакер гидравлического действия с резинотканевым уплотнительным элементом рукавного типа, втулку, установленную на корпусе и имеющую с ним кольцевую полость против радиального отверстия корпуса, подпружиненную рабочую втулку, размещенную в кольцевой полости, переключатель положений устройства, размещенный в кольцевой полости, взаимодействующий с рабочей втулкой и выполненный в виде кольцевой втулки с фигурным пазом по ее образующей, и палец, жестко связанный одним концом с корпусом и размещенный другим концом в фигурном пазе с возможностью перемещения с поворотом относительно него переключателя в соответствии с кодом его фигурного паза при повышении и сбросе давления в корпусе, при этом рабочая втулка имеет возможность возвратно-поступательного перемещения с переключателем устройства из транспортного положения в рабочее положение с расширением уплотнительного элемента пакера, в положение с отключением пакера от гидравлического воздействия и страховочное положение от непредвиденного повышения давления в скважине.

Цементировочная муфта состоит из корпуса с цементировочными отверстиями, в котором на срезном винте размещена перекрывающая втулка с фиксатором и закрепленным в ней седлом под полую цементировочную пробку, втулки, размещенной внутри корпуса на срезном винте, перекрывающей цементировочные отверстия и механически связанной с расположенной ниже втулкой с седлом под шар.

Основные недостатки данного устройства - пакера ПГМЦ очевидны: сложность конструкции в изготовлении многочисленных деталей и относительно невысокая надежность. Чем больше деталей в устройстве, тем меньше надежность работы устройства.

Наличие в устройстве резинотканевого уплотнительного элемента рукавного типа также отрицательно влияет на надежность работы устройства при цементировании потайных обсадных колонн хвостовиков в скважинах, т.к. при спуске устройства с хвостовиком в боковой ствол через отверстие, вырезанное в эксплуатационной колонне, возможно повреждение уплотнительного элемента о края этого отверстия.

Кроме того, наличием в устройстве - пакере ПГМЦ резинотканевого уплотнительного элемента, который имеет не высокие прочностные характеристики, обусловлена такая сложность конструкции клапана пакера, обеспечивающего перекрытие внутренней полости уплотнительного элемента сразу же после его запакеровки. Это необходимо выполнять, т.к. при цементировании обсадных колонн в скважинах возможно создание в устройстве большого перепада внутреннего давления, превышающего прочностные характеристики уплотнительного элемента.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для цементирования скважин, включающее корпус, состоящий из верхней и нижней частей, дифференциальную втулку, зафиксированную на верхней части корпуса срезными элементами, пакер с уплотнительным элементом из пластичного материала, размещенный на нижней части корпуса, и механизм привода пакера в рабочее положение, помещенный снаружи корпуса против его радиальных отверстий, дополнительную наружную дифференциальную втулку, установленную против радиальных отверстий корпуса с возможностью осевого перемещения, и разрезное пружинное кольцо, помещенное между дополнительной и основной дифференциальными втулками, последняя из которых подпружинена относительно корпуса и образует в ее крайнем верхнем положении с корпусом и его цементировочными отверстиями заливочный канал, а корпус над верхним торцом дополнительной дифференциальной втулки выполнен с наружной кольцевой проточкой под разрезное пружинное кольцо (А.С. СССР №1395809, кл. Е21В 33/14, 1985).

Основной недостаток известного устройства заключается в том, что при ступенчатом или манжетном цементировании скважины цементный раствор закачивается в заколонное пространство над устройством только по методу обратной циркуляции с устья скважины, что исключает возможность применения устройства для цементирования потайных обсадных колонн, спускаемых в скважины на бурильных колоннах. Данное устройство также сложно в изготовлении, имеет большую толщину стенки и относительно не высокую надежность в работе.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности разобщения пластов в скважинах при цементировании обсадных колонн, в т.ч. и потайных в боковых стволах скважин за счет упрощения конструкции устройства (уменьшения количества подвижных деталей устройства).

Необходимый технический результат достигается тем, что устройство для цементирования обсадных колонн в скважинах, включающее составной корпус, содержащий верхнюю и нижнюю части, подпружиненную дифференциальную втулку, технологические отверстия, расположенные в верхней части корпуса, перекрытые снаружи подпружиненной дифференциальной втулкой, зафиксированной винтами на верхней части корпуса, имеющем кольцевую проточку с наружной стороны, пакер с уплотнительным элементом трубчатого типа из пластичного материала, размещенный на нижней части корпуса, согласно изобретению между верхней и нижней частями составного корпуса размещен патрубок, на котором установлены уплотнительные V-образные манжеты, при этом в нижней части составного корпуса, перекрытой уплотнительным элементом, выполнено технологическое отверстие, в котором установлен обратный клапан, а в кольцевой проточке верхней части корпуса размещен ограничительный винт.

На фиг.1 изображен общий вид устройства в транспортном положении; на фиг.2 - устройство при закачке цементного раствора через открытые технологические отверстия после запакеровки заколонного пространства скважины уплотнительным элементом пакера; на фиг.3 - устройство после окончания цементирования обсадной колонны над пакером в скважине и закрытия технологических отверстий в верхней части корпуса.

Устройство для цементирования обсадных колонн в скважинах (фиг.1) состоит из верхней 1 и нижней 2 частей составного корпуса, патрубка 3, подпружиненной дифференциальной втулки 4, ограничительного винта 5, винтов 6, которые фиксируют подпружиненную дифференциальную втулку, пружины 7, уплотнительного элемента 8 с концевой арматурой 9, обратного клапана 10 и одной или нескольких уплотнительных V-образных манжет 11. Ограничительный винт 5 размещен в кольцевой проточке Б. Пакер на чертеже условно не показан.

В верхней части 1 составного корпуса выполнены технологические отверстия А и кольцевая проточка Б, а в нижней части 2 составного корпуса - технологическое отверстие В под клапан 10.

Герметичность контактных поверхностей между деталями устройства обеспечивается с помощью уплотнительных колец.

Устройство для цементирования обсадных колонн в скважинах работает следующим образом (Фиг.1-3).

Устройство для цементирования обсадных колонн в скважинах (далее устройство) с потайной обсадной колонной спускают на бурильной колонне в скважину и подвешивают, например, на клиновой подвеске в эксплуатационной колонне. Перекрывают проходной канал нижней части 2 составного корпуса устройства ниже обратного клапана 10, например, с помощью шара, который бросают на седло, закрепленное в нижней части 2 составного корпуса (на Фиг.1 не показано) и в устройстве создают избыточное внутреннее давление с устья скважины. При расчетном по величине избыточном внутреннем давлении уплотнительный элемент 8, например, из пластичного материала - стального или алюминиевого сплава деформируется до стенки скважины 12, т.е. происходит запакеровка заколонного пространства в скважине. С увеличением избыточного давления еще на 2,0-2,5 МПа происходит срезание винтов 6 и открытие технологических отверстий А (Фиг.2), после чего давление в бурильной колонне на устье скважины резко снижается. Затем закачивают по расчету заданный объем цементного раствора в бурильную колонну и продавливают его с помощью цементировочных пробок (на Фиг.2 не показано) через технологические отверстия А в заколонное пространство скважины над устройством, т.е. проводят манжетное цементирование.

После окончания процесса цементирования при выравнивании давления внутри и снаружи устройства подпружиненная дифференциальная втулка 4 под действием сжатой пружины 7 перемещается вверх и герметично перекрывает технологические отверстия А.

При этом уплотнительная V-образная манжета 11 обеспечивает абсолютную герметичность на контакте со стенкой скважины 12 (Фиг.3), а уплотнительный элемент 8 принимает на себя перепад давления со стороны цементного раствора при манжетном цементировании.

Таким образом, предлагаемое устройство для цементирования обсадных колонн в скважинах повышает надежность разобщения пластов в скважинах, в том числе и потайных в боковых стволах скважин.

Устройство для цементирования обсадных колонн в скважинах, включающее составной корпус, содержащий верхнюю и нижнюю части, подпружиненную дифференциальную втулку, технологические отверстия, расположенные в верхней части корпуса, перекрытые снаружи подпружиненной дифференциальной втулкой, зафиксированной винтами на верхней части корпуса, имеющего кольцевую проточку с наружной стороны, пакер с уплотнительным элементом трубчатого типа из пластичного материала, размещенный на нижней части корпуса, отличающееся тем, что между верхней и нижней частями составного корпуса размещен патрубок, на котором установлены уплотнительные V-образные манжеты, при этом в нижней части составного корпуса, перекрытой уплотнительным элементом, выполнено технологическое отверстие, в котором установлен обратный клапан, а в кольцевой проточке верхней части корпуса размещен ограничительный винт.