Устройство для ступенчатого цементирования обсадной колонны

Изобретение относится к области крепления нефтяных или газовых скважин, в частности к ступенчатому цементированию обсадных колонн. Устройство для ступенчатого цементирования обсадной колонны включает полый корпус с цементировочными отверстиями и пробкой в стенке, соединенный с верхним и нижним переводниками, золотник с цементировочными отверстиями и разрезным фиксатором, размещенный на внутренней стороне корпуса, гильзу с цементировочными и технологическими отверстиями и с насечкой на наружной поверхности для взаимодействия с фиксатором, размещенную с внутренней стороны золотника и образующую с ним, переводниками и корпусом верхнюю и нижнюю технологические полости, кольцевую втулку, установленную в нижней полости и зафиксированную на наружной поверхности гильзы срезным элементом, верхнюю и нижнюю втулки, зафиксированные на гильзе срезными элементами. На нижней втулке установлена дифференциальная втулка на срезных элементах и закреплена упорная гайка, ограничивающая перемещение дифференциальной втулки относительно нижней втулки, в которой выполнены отверстия, перекрытые дифференциальной втулкой, причем эти отверстия сообщены с цементировочными отверстиями в гильзе, золотнике и корпусе. Обеспечивает повышение надежности работы устройства и расширение области его применения особенно в глубоких и в горизонтальных скважинах. 4 ил.

 

Изобретение относится к области крепления нефтяных или газовых скважин, в частности к ступенчатому цементированию обсадных колонн. Обеспечивает повышение надежности работы устройства и расширение области его применения особенно в глубоких и в горизонтальных скважинах.

Известна муфта (устройство) для ступенчатого цементирования обсадной колонны (патент RU №2132449 C1, МПК6 E21B 33/14, опубл. 27.06.1999), включающая: корпус с циркуляционными отверстиями, в котором установлена подвижная дифференциальная втулка, перекрывающая циркуляционные отверстия корпуса и зафиксированная относительно последнего срезным штифтом; соединенное левой резьбой с нижним концом дифференциальной втулки посадочное седло, на нижнем торце которого выполнены выступы, взаимодействующие с торцовыми пазами, выполненными в нижней части корпуса; и взаимодействующую с посадочным седлом цементировочную пробку, в полости которой выполнена воздушная камера, закрытая срезным днищем.

Недостатком известной цементировочной муфты является низкая надежность работы, обусловленная возможностью невозвращения дифференциальной втулки в исходное положение после посадки в ее седло цементировочной пробки. Это происходит вследствие того, что торцовые выступы седла при его перемещении вниз могут не войти в торцовые пазы корпуса из-за возможного проворота дифференциальной втулки и седла в процессе промывки цементного раствора первой ступени и прокачки цементного раствора второй ступени. Этот проворот на некоторый угол возможен завихрениями струй прокачиваемых жидкостей ввиду турбулентного режима их движения, возникающего вследствие нестационарности нагнетания жидкостей, при которой будут изменяться во времени плотность прокачиваемых жидкостей, производительность нагнетания, давление и скорость истечения.

Поэтому в случае, если торцовые выступы седла при его перемещении вниз не войдут в торцовые пазы корпуса, возможна ситуация, когда дифференциальная втулка остановится выше. И, не дойдя до исходного нижнего положения, она не перекроет циркуляционные отверстия корпуса, что вызовет обратный переток цементного раствора в полость нижней ступени обсадной колонны, недоподъем цементного раствора и некачественное цементирование второй ступени обсадной колонны.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство типа УСЦ для ступенчатого цементирования обсадных колонн в скважинах, включающее полый корпус с цементировочными отверстиями и пробкой в стенке, соединенный с верхним и нижним переводниками, золотник с цементировочными отверстиями и разрезным фиксатором, размещенный на внутренней стороне корпуса, гильзу с цементировочными и технологическими отверстиями и с насечкой на наружной поверхности для взаимодействия с фиксатором, размещенную с внутренней стороны золотника и образующую с переводниками и корпусом верхнюю и нижнюю технологические полости, кольцевую втулку, зафиксированную на наружной поверхности гильзы срезным элементом, верхнюю и нижнюю втулки, зафиксированные на гильзе срезными элементами (А.А.Цыбин, П.А.Моржиц, С.А.Цыбин, А.В.Пантелеев, А.А.Соломаткин «Оборудование для крепления скважин и разобщения пластов». Журнал ВЕСТНИК ассоциации буровых подрядчиков, 2009, №1, с.36-39).

Основной недостаток известного устройства заключается в том, что после окончания цементирования обсадной колонны от башмака до интервала установки устройства в скважине, чтобы открыть цементировочные, они же и промывочные отверстия в устройстве и вымыть из заколонного пространства скважины весь избыточный тампонажный раствор, закаченный выше интервала установки устройства, необходимо бросить в обсадную колонну с устья скважины специальную пробку («бомбу») и ждать 40-60 мин, а в наклонных глубоких скважинах еще больше времени, пока эта пробка достигнет устройства, и установиться в седло втулки, герметично перекрывающей цементировочные отверстия. После этого в обсадной колонне создают избыточное давление по расчету для открытия цементировочных отверстий.

Однако в практике ступенчатого цементирования обсадных колонн с применением известного устройства типа УСЦ случается, что в некоторых скважинах тампонажный раствор, закаченный выше устройства, успевает загустеть до такой кондиции, за время падения специальной пробки («бомбы») и открытия цементировочных отверстий, что не удается вымыть его из заколонного пространства скважины.

В результате скважину переводят в аварийное состояние, исправление которого требует больших затрат денежных средств и времени.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности работы устройства и расширение области его применения в горизонтальных скважинах.

Технический результат достигается тем, что устройство для ступенчатого цементирования обсадной колонны в скважине включает полый корпус с цементировочными отверстиями и пробкой в стенке, соединенный с верхним и нижним переводниками, золотник с цементировочными отверстиями и разрезным фиксатором, размещенный на внутренней стороне корпуса, гильзу с цементировочными и технологическими отверстиями и с насечкой на наружной поверхности для взаимодействия с фиксатором, размещенную с внутренней стороны золотника и образующую с ним, переводниками и корпусом верхнюю и нижнюю технологические полости, кольцевую втулку, установленную в нижней полости и зафиксированную на наружной поверхности гильзы срезным элементом, верхнюю и нижнюю втулки, зафиксированные на гильзе срезными элементами, согласно изобретению на нижней втулке установлена дифференциальная втулка на срезных элементах и закреплена упорная гайка, ограничивающая перемещение дифференциальной втулки относительно нижней втулки, в которой выполнены отверстия, перекрытые дифференциальной втулкой, причем эти отверстия сообщены с цементировочными отверстиями в гильзе, золотнике и корпусе.

На фиг.1 изображен общий вид устройства в транспортном положении.

На фиг.2 - то же после окончания цементирования первой ступени от башмака обсадной колонны до интервала установки устройства в скважине и открытия отверстий для промывки заколонного пространства скважины над устройством.

На фиг.3 - то же после посадки специальной пробки («бомбы») на дифференциальную втулку устройства, закрытия промывочных отверстий и открытия цементировочных отверстий.

На фиг.4 - то же после окончания цементирования второй ступени, посадки верхней продавочной цементировочной пробки на верхнюю втулку и закрытия цементировочных отверстий.

Устройство для ступенчатого цементирования обсадной колонны (фиг.1) состоит из корпуса 1 с цементировочными (промывочными) отверстиями А₁, пробки 2, верхнего 3 и нижнего 4 переводников, золотника 5 с цементировочными (промывочными) отверстиями А₂, разрезного фиксатора 6, гильзы 7 с цементировочными (промывочными) А₃ и технологическими отверстиями Б и В и насечкой Н, кольцевой втулки 8, срезного элемента 9, верхней втулки 10, срезного элемента 11, нижней втулки 12 с отверстиями Е, срезного элемента 13, дифференциальной втулки 14, срезного элемента 15, упорной гайки 16 и упорной шайбы 17.

Гильза 7, верхний 3 и нижний 4 переводники, корпус 1, золотник 5 и кольцевая втулка 8 образуют две технологические полости Г и Д.

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

Устройство работает следующим образом (фиг.1-4).

После окончания цементирования первой ступени от башмака обсадной колонны до интервала установки устройства в скважине с помощью нижней продавочной пробки (на фиг.1-4 не показано), в обсадной колонне повышают избыточное внутреннее давление до среза срезного элемента 15. При этом дифференциальная втулка 14 перемещается вверх и открываются технологические отверстия Е в нижней втулке 12, сообщенные с цементировочными отверстиями А₃, А₂ и А₁ в гильзе 7, золотнике 5 и корпусе 1 соответственно, через которые осуществляют промывку заколонного пространства в скважине от тампонажного раствора, закаченного над устройством при цементировании первой ступени (фиг.2).

Затем в обсадную колонну бросают специальную пробку («бомбу») 18, которая садится на дифференциальную втулку 14, сдвигает ее до упора в упорную гайку 16, а затем под избыточным внутренним давлением срезает срезной элемент 13, перемещает нижнюю втулку 12 до упора в упорную гайку 16. При этом открываются цементировочные отверстия А₃, А₂ и А₁, через которые осуществляется цементирование обсадной колонны во вторую ступень с помощью верхней продавочной пробки 19 (фиг.3).

После посадки продавочной пробки 19 на верхнюю втулку 10 под избыточным внутренним давлением срезается срезной элемент 11, верхняя втулка 10 перемещается вниз до упора в нижнюю втулку 12 и перекрывает цементировочные отверстия А₃, А₂ и А₁.

При этом отверстие Б сообщается с внутренней полостью устройства над верхней продавочной пробкой 19. Избыточное внутреннее давление передается через отверстие Б и полость Г на верхний торец золотника 5, который срезает срезной элемент 9 и вместе с кольцевой втулкой 8 перемещается в полости Д вниз до упора в нижний переводник 4. В этом положении золотника 5 разрезной фиксатор 6 защелкивается в насечке Н, а цементировочное отверстие А₂ смещается относительно цементировочного отверстия А₁ в корпусе 1, т.е. золотник 5 перекрывает это отверстие A₁ (фиг.4).

После ожидаемого времени затвердевания (ОЗЦ) тампонажного раствора второй ступени цементирования обсадной колонны разбуривают цементировочную пробку 19, пробку («бомбу») 18, цементный стакан между ними, дифференциальную втулку 14 и упорную гайку 16, тем самым обеспечивают проходной канал устройства.

Устройство для ступенчатого цементирования обсадной колонны, включающее полый корпус с цементировочными отверстиями и пробкой в стенке, соединенный с верхним и нижним переводниками, золотник с цементировочными отверстиями и разрезным фиксатором, размещенный на внутренней стороне корпуса, гильзу с цементировочными и технологическими отверстиями и с насечкой на наружной поверхности для взаимодействия с фиксатором, размещенную с внутренней стороны золотника и образующую с ним, переводниками и корпусом, верхнюю и нижнюю технологические полости, кольцевую втулку, установленную в нижней полости и зафиксированную на наружной поверхности гильзы срезным элементом, верхнюю и нижнюю втулки, зафиксированные на гильзе срезными элементами, отличающееся тем, что на нижней втулке установлена дифференциальная втулка на срезных элементах и закреплена упорная гайка, ограничивающая перемещение дифференциальной втулки относительно нижней втулки, в которой выполнены отверстия, перекрытые дифференциальной втулкой, причем эти отверстия сообщены с цементировочными отверстиями в гильзе, золотнике и корпусе.