Устройство экранирующее для цементирования скважины

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности и может быть использовано в области крепления нефтяных и газовых скважин при цементировании обсадных колонн. Устройство включает пружинную лепестковую обечайку с расположенной внутри манжетой из упругого эластичного материала, и зажимное кольцо, соединенное с указанной обечайкой сварным соединением на внутренней ее поверхности. Указанная обечайка на внутренней поверхности выполнена с кольцевой канавкой. В манжете имеются разрезные лепестки, выполненные за одно целое с кольцевой ее частью и запорным буртиком кольцевой формы. Запорный буртик установлен в зазоре, образованном наружной поверхностью верхней части зажимного кольца и внутренней поверхностью канавки. Обеспечивает повышение надежности перекрытия поперечного сечения скважины, в том числе со сложным профилем, снижение веса и себестоимости изготовления устройства экранирующего, повышение безопасности и быстродействия его установки. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области крепления нефтяных и газовых скважин и может быть использовано при цементировании обсадных колонн.

Известно устройство экранирующее для цементирования скважин, включающее обруч, уплотнитель из каучука, пружинный клапанный блок, крепежные винты (см. полезную модель № CN2916117, МПК Е21В 33/14, публ. 27.06.2007 г.).

Известное устройство не обеспечивает надежное перекрытие поперечного сечения скважины со сложным профилем, имеющим каверны, желоба и образованным при бурении наклонно-направленных скважин.

Известно устройство экранирующее для цементирования скважин, включающее корпус с размещенными на нем резиновыми манжетами, причем корпус устройства образует с обсадной колонной кольцевую полость, которая в совокупности с радиальными каналами в корпусе и клапан-манжетой с конической наружной поверхностью обеспечивают проход тампонажного раствора в заколонное пространство над экранирующим устройством (см. свидетельство на полезную модель №44736, МПК Е21В 33/00, публ. 27.03.2005 г.).

Известное устройство громоздко, сложно, обладает высокой жесткостью, что затрудняет его эксплуатацию.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство экранирующее для цементирования скважины, включающее перекрывающий узел, выполненный в виде пружинной лепестковой обечайки, закрепленной заклепками в опорной обойме с возможностью размещения на наружной поверхности патрубка обсадной трубы скважины, и лепестковой манжеты, выполненной с возможностью установки в кольцевой зазор, образованный опорной обоймой и наружной поверхностью патрубка, причем опорная обойма имеет окна для размещения спиральных штифтов для стопорения устройства на патрубке обсадной трубы (см. свидетельство на полезную модель №84449, МПК Е21В 33/14, публ. 10.07.2009 г. - прототип).

В некоторых случаях стопорение известного устройства обеспечивается размещением в окнах полуколец, приваренных к колонне (вместо спиральных штифтов).

Наличие заклепок снижает надежность известного устройства, так как вероятность «стесывания» выступающих головок заклепок в процессе спуска и эксплуатации весьма высока. Опорная обойма в виде отдельного корпуса (бандажа) выполнена из толстостенной трубы методом точения, что значительно увеличивает вес и себестоимость изготовления устройства экранирующего. Лепестковая манжета слабо зафиксирована, что может служить причиной ее выскакивания из кольцевого зазора и закупоривания заколонного пространства при цементировании скважины.

Технический результат изобретения заключается в повышении надежности перекрытия поперечного сечения скважины, в том числе со сложным профилем, снижении веса и себестоимость изготовления устройства экранирующего, в повышении безопасности и быстродействия его установки на патрубке обсадной трубы для цементирования скважины.

Технический результат достигается тем, что в устройстве экранирующем для цементирования скважины, включающем перекрывающий узел, выполненный в виде пружинной лепестковой обечайки и манжеты из упругого эластичного материала с лепестками и нижней кольцевой частью с запорным буртиком, и средства его фиксации на обсадной трубе, введено зажимное кольцо, пружинная лепестковая обечайка на внутренней поверхности выполнена с кольцевой канавкой, запорный буртик расположен в кольцевой канавке с возможностью контактирования с внешней поверхностью зажимного кольца, причем зажимное кольцо и пружинная лепестковая обечайка соединены между собой сварным соединением.

Предпочтительно в пружинной лепестковой обечайке канавку в продольном сечении выполнить корытообразной формы с плоским дном и боковыми стенками, расположенными под тупым углом к указанному дну.

В манжете запорный буртик целесообразно образовать ступенчатым изгибом боковой ее стенки.

В манжете запорный буртик имеет толщину, равную глубине канавки в пружинной лепестковой обечайке.

Зажимное кольцо и обечайка выполнены с соответствующими отверстиями под установку крепежных элементов, причем зажимное кольцо имеет толщину не более толщины запорного буртика манжеты.

Целесообразно средства фиксации выполнить в виде винтов.

При проведении патентных исследований не обнаружены решения, идентичные заявленному, а следовательно, предложенное решение соответствует критерию "новизна". Сущность изобретения не следует явным образом из известных решений, следовательно, предложенное изобретение соответствует критерию "изобретательский уровень".

На чертеже изображено предлагаемое устройство экранирующее для цементирования скважин (в разрезе).

Устройство экранирующее для цементирования скважины включает пружинную лепестковую обечайку 1 с расположенной внутри манжетой 2 из упругого эластичного (легкодеформируемого) материала и зажимное кольцо 3, соединенное с указанной обечайкой 1 сварным соединением на внутренней ее поверхности.

Пружинная лепестковая обечайка 1 имеет выполненные за одно целое концевую часть в виде кольца 4 и лепестки 5. Указанное кольцо 4 на внутренней поверхности выполнено с кольцевой канавкой 6, имеющей в продольном сечении корытообразную форму с плоским дном и боковыми стенками, расположенными под тупым углом к указанному дну.

В манжете 2 имеются разрезные лепестки 7, выполненные за одно целое с кольцевой ее частью 8 и запорным буртиком 9 кольцевой формы. Запорный буртик 9 кольцевой части 8 установлен в зазоре, образованном наружной поверхностью верхней части зажимного кольца 3 и внутренней поверхностью канавки 6. При этом зажимное кольцо 3 надежно фиксирует манжету 2 в пружинной лепестковой обечайке 1. Запорный буртик 9 образован ступенчатым изгибом боковой стенки манжеты 2 и представляет собой узкое кольцо шириной (h) 4-5 мм с внутренним диаметром (D), превышающим внутренний диаметр (d) кольцевой части 8 манжеты 2, причем его толщина равна глубине канавки 6.

Пружинная лепестковая обечайка 1 и манжета 2 выполняют функцию экранирующего элемента. Стопорение устройства осуществляется при помощи элементов крепления 10 на патрубке обсадной трубы 11. Для обеспечения (в случае необходимости) подъема колонны с устройством из скважины концевые участки лепестков 5 выполнены с закруглениями.

Заявляемое устройство работает следующим образом. Рабочая среда, в которой работает устройство - буровой и тампонажный растворы, обработанные химическими реагентами, минерализованная пластовая вода, нефть и газ при температуре до 100°С.

Устройство экранирующее для цементирования скважины устанавливается на патрубок 11 обсадной колонны таким образом, что зажимное кольцо 3 закрепляет запорный буртик 9 (кольцевой край лепестковой манжеты 2) в зазоре, образованном внутренней поверхностью верхней части зажимного кольца 3 и поверхностью канавки 6. Элементы 10 крепления (стопорения) устройства экранирующего (винты) ввинчиваются для крепления устройства на обсадной трубе 11. Затем устройство спускается в скважину в заданный интервал. В процессе цементирования поток тампонажного раствора, отгибая лепестки 5 пружинной лепестковой обечайки 1 и разрезные лепестки 7 манжеты 2, поступает в затрубное пространство. После окончания процесса цементирования лепестки 5 обечайки 1 и разрезные лепестки 7 указанной манжеты 2 прижимаются к стенке скважины. Причем щелевой зазор между лепестками 5 обечайки 1 перекрывается разрезными лепестками 7 манжеты 2, исключая тем самым перемещение тампонажного раствора вниз. Плотный контакт лепестков 7 манжеты 2 между собой и со стенкой скважины (в частности некруглого сечения) образуют платформу для седиментации твердой фазы тампонажного раствора. На ней самопроизвольно формируется уплотнительная цементная перемычка, препятствующая вместе с экранирующим устройством опусканию столба тампонажного раствора.

Устройство экранирующее обеспечивает ограничение седиментационных процессов в тампонажном растворе, заполняющем заколонное пространство скважины за обсадной колонной.

Крепление устройства на обсадной колонне 11 осуществляется посредством специальных винтов 10, что менее трудоемко и абсолютно безопасно по сравнению с другими существующими конструкциями, где крепление осуществляется приваркой упорных полуколец к обсадной колонне, что связано с опасностью возникновения пожара.

Предлагаемая цельная пружинно-лепестковая конструкция по сравнению с прототипом более надежна из-за отсутствия заклепок, так как вероятность «стесывания» заклепок в процессе спуска и эксплуатации весьма высока. Отсутствие опорной обоймы, т.е. отдельного корпуса в виде бандажа, выполненного из толстостенной трубы методом точения, значительно снижает вес и себестоимость изготовления устройства экранирующего. Малый вес, надежность фиксации лепестковой манжеты и применение простых средств крепления на обсадной трубе позволяют быстро и безопасно ввести в эксплуатацию предлагаемое устройство экранирующее при обеспечении более низкой стоимости его изготовления.

1. Устройство экранирующее для цементирования скважины, включающее перекрывающий узел, выполненный в виде пружинной лепестковой обечайки и манжеты из упругого эластичного материала с лепестками и кольцевой частью с запорным буртиком, и средства его фиксации на обсадной трубе, отличающееся тем, что введено зажимное кольцо, пружинная лепестковая обечайка на внутренней поверхности выполнена с кольцевой канавкой, запорный буртик расположен в кольцевой канавке с возможностью контактирования с внешней поверхностью зажимного кольца, причем зажимное кольцо и пружинная лепестковая обечайка соединены между собой сварным соединением.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в пружинной лепестковой обечайке канавка в продольном сечении имеет корытообразную форму с плоским дном и боковыми стенками, расположенными под тупым углом к указанному дну.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в манжете запорный буртик образован ступенчатым изгибом боковой ее стенки.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в манжете запорный буртик имеет толщину, равную глубине канавки в пружинной лепестковой обечайке.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что зажимное кольцо и обечайка выполнены с соответствующими отверстиями под установку крепежных элементов, причем зажимное кольцо имеет толщину не более толщины запорного буртика.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средства фиксации выполнены в виде винтов.