Устройство для цементирования скважины


 


Владельцы патента RU 2480576:

Попов Валерий Владимирович (RU)
Ванифатьев Владимир Иванович (RU)
Дудаладов Анатолий Константинович (RU)
Стрыхарь Александр Филиппович (RU)

Настоящее изобретение относится к строительству и эксплуатации нефтяных и газовых скважин и, в частности, к оснастке обсадных колонн для цементирования скважины. Техническим результатом изобретения является повышение надежности работы устройства и более высокой степени перекрытия кольцевого пространства скважины в зоне устройства для управления седиментационными явлениями в процессе схватывания цементного раствора. Сущность изобретения: устройство для цементирования скважины включает полый корпус, с радиальными отверстиями, полые разрушаемые штифты, помещенные в радиальных отверстиях, цементировочную корзину с пружинными лепестками, дифференциальную втулку, помещенную снаружи корпуса над цементировочной корзиной против полых разрушаемых штифтов, поджимающую нижней частью пружинные лепестки по их внешней поверхности к внешней поверхности корпуса и образующую верхней частью с последним герметичную кольцевую полость. При этом устройство выполнено с возможностью сообщения полости корпуса через полости штифтов с кольцевой полостью в рабочем положении устройства, перемещения дифференциальной втулки в крайнее верхнее положение, освобождения пружинных лепестков и последующего осаживания дифференциальной втулки в крайнее нижнее положение для окончательного раскрытия пружинных лепестков. 1 ил.

 

Настоящее изобретение относится к строительству и эксплуатации нефтяных и газовых скважин и, в частности, к оснастке обсадных колонн для цементирования скважины.

Известно устройство для цементирования скважины, включающее корпус с отверстиями и манжету, установленную на наружной поверхности корпуса с механизмом ее привода в рабочее положение (см., например, SU 740935, 15.06.1980).

Недостатком известного устройства является низкая надежность его работы из-за частых отказов механизма привода манжеты в рабочее положение. Кроме того, с данным устройством сложно «отследить» профиль поперечного сечения скважины и надежно его перекрыть. Сложный профиль поперечного сечения обусловлен наличием каверн, желобов, образующихся в процессе бурения и спуско-подъемных операций в процессе строительства наклонно-направленных скважин.

Известно также устройство для цементирования скважины, включающее корпус, патрубок с входными и выходными циркуляционными отверстиями, помещенный снаружи корпуса и образующий с ним кольцевую полость, и герметизирующий узел, установленный на наружной поверхности патрубка между входными и выходными циркуляционными отверстиями (см., например, RU 2163657, 27.02.2001).

Недостаток указанного устройства заключается в жесткости его конструкции, кроме того, герметизирующий узел устройства в процессе спуска его в скважину перекрывает затрубное пространство и создает дополнительное гидравлическое сопротивление, что приводит к сальникообразованию и затрудняет спуск устройства, а также увеличивает давление при промывке скважины и тем самым повышает вероятность гидроразрыва пластов. Кроме того, герметизирующий узел, перекрывая затрубное пространство в процессе спуска в скважину, сам подвержен значительным нагрузкам и деформациям, что резко снижает эксплуатационные показатели устройства. В рабочем положении устройство не обеспечивает надежного перекрытия затрубного пространства скважины, что не препятствует расслоению цементного раствора по высоте его столба в скважине в процессе схватывания. В результате необходимое качество цементирования кольцевого - затрубного пространства скважины не обеспечивается.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности работы устройства и более высокой степени перекрытия кольцевого пространства скважины в зоне устройства для управления седиментационными явлениями в процессе схватывания цементного раствора.

Необходимый технический результат достигается тем, что устройство для цементирования скважины включает полый корпус, с радиальными отверстиями, полые разрушаемые штифты, помещенные в радиальных отверстиях, цементировочную корзину с пружинными лепестками, дифференциальную втулку, помещенную снаружи корпуса над цементировочной корзиной против полых разрушаемых штифтов, поджимающую нижней частью пружинные лепестки по их внешней поверхности к внешней поверхности корпуса и образующую верхней частью с последним герметичную кольцевую полость, при этом устройство выполнено с возможностью сообщения полости корпуса через полости штифтов с кольцевой полостью в рабочем положении устройства, перемещения дифференциальной втулки в крайнее верхнее положение, освобождения пружинных лепестков и последующего осаживания дифференциальной втулки в крайнее нижнее положение для окончательного раскрытия пружинных лепестков.

Сущность изобретения заключается в том, что устройство в транспортном положении имеет минимальные габариты, что не осложняет спуск устройства в скважину, не осложняет ее ствол и не препятствует осуществлению технологических операций в процессе спуска, например, промывке. Пружинные лепестки цементировочной корзины в транспортном положении могут занимать компактное положение. В рабочем положении они расправлены и могут повторять конфигурацию ствола скважины в ее поперечном сечении. При этом за счет осаживания дифференциальной втулки в крайнее нижнее положение и ее взаимодействия с элементами цементировочной корзины повышена надежность раскрытия последних до степени силового взаимодействия со стенкой скважины, что в значительной степени повышает надежность перекрытия кольцевого пространства скважины. В случае выполнения элементов цементировочной корзины раздвижными надежность перекрытия кольцевого пространства скважины может быть еще более повышена. Все это в той или иной степени обеспечивает возможность с помощью данного изобретения создания центра или центров седиментации цементного раствора в затрубном пространстве скважины там, где необходимо наиболее высокое качество цементирования (например, в районе башмака обсадной колонны, в зоне или зонах, опасных по проявлениям газа и/или воды). Без этого устройства в результате седиментационных явлений в цементном растворе максимальная его плотность и качество ожидаются только в нижней части скважины. В верхней и средней частях скважины качество изоляции кольцевого пространства, как правило, резко снижено.

На фиг.1 показан общий вид устройства.

Устройство для цементирования скважины включает полый корпус 1, с радиальными отверстиями 2, полые разрушаемые штифты 3, помещенные в радиальных отверстиях 2. Устройство имеет цементировочную корзину в виде частично перекрывающих друг друга пластин 4 с пружинными лепестками 5, жестко закрепленными в верхней части (например, заклепками, пайкой или электроконтакной сваркой) друг с другом, кольца 6 и обжимной гильзой 7. Пластины 4 закреплены на внутренней поверхности пружинных лепестков 5 и образуют с последними пружинную обечайку. Снаружи корпуса 1 над цементировочной корзиной против полых разрушаемых штифтов 3 размещена дифференциальная втулка 8, поджимающая (заневоливающая) нижней частью пружинные лепестки 5 по их внешней поверхности к внешней поверхности корпуса 1. Дифференциальная втулка 8 образует верхней частью с корпусом 1 герметичную кольцевую полость 9. Устройство выполнено с возможностью сообщения полости корпуса 1 через полости штифтов 3 с кольцевой полостью 9 в рабочем положении устройства, перемещения дифференциальной втулки 8 в крайнее верхнее положение, освобождения пружинных лепестков 5 и последующего осаживания дифференциальной втулки 8 в крайнее нижнее положение для взаимодействия с элементами цементировочной корзины и окончательного раскрытия пружинных лепестков 5. Для обеспечения необходимого взаимодействия дифференциальной втулки 8 с элементами цементировочной корзины (пластинами 4) рассчитывают длину дифференциальной втулки 8, ее ход в крайнее верхнее и нижнее положения, время выдержки устройства под избыточным давлением (не меньшим инерционности срабатывания устройства с расправлением пружинных лепестков), геометрию пружинных лепестков 5.

Кроме того, отмечается, что корпус по внешней поверхности выполнен с кольцевыми проточками 10, 11, 12, в которых посредством обжимного устройства (не показано) жестко установлены кольца 13, 14 и ранее упомянутое кольцо 6 соответственно. Дифференциальная втулка 8 закреплена на корпусе с помощью срезного штифта 15. Пружинные лепестки 5 жестко закреплены на кольце 6 обжимной гильзой 7 и обжимным упором 16. Необходимая герметичность устройства обеспечена уплотнительными кольцами 17.

Данное устройство устанавливают в составе обсадной колонны (условно не показана) в заданных количествах по длине этой колонны в зависимости от поставленной задачи - от того, где необходимо обеспечение наиболее качественного цементирования. Устройство обеспечивает основу для седиментационных явлений в цементном растворе. Равномерное рассредоточение этих устройств по длине обсадной колонны уравновешивает качество изоляции затрубного - кольцевого пространства этой колонны по ее длине. Без этого устройства расслоение цементного раствора проявляется в более явной степени, что ведет к резкому снижению качества цементирования.

Устройство работает следующим образом.

Устройство устанавливают в составе обсадной колонны в заданном интервале или интервалах ствола скважины. В процессе цементирования скважины цементировочная пробка (условно не показана), проходя по внутреннему каналу корпуса 1, разрушает полый штифт 3. После окончания процесса цементирования в обсадной колонне и корпусе повышают давление до заданной величины. Избыточное давление через разрушенный полый штифт 3 передается в кольцевую камеру 9. При этом происходит срез шрифта 15, перемещение дифференциальной втулки 8 в крайнее верхнее положение, освобождение пружинных лепестков 5 с пластинами 4. Избыточное давление выдерживают в течение установленного времени для гарантии срабатывания устройства и перемещения дифференциальной втулки 8 в крайнее верхнее положение. Наличие пружинных лепестков 5 гарантирует в любом случае начальное раскрытие цементировочной корзины. После сбрасывания избыточного давления в корпусе 1 дифференциальная втулка 8 осаживается под действием силы от гидростатического давления столба цементного раствора в затрубном пространстве обсадной колонны в крайнее нижнее положение, взаимодействует с пластинами 4, связанными с пружинными лепестками 5, и уже окончательно с дополнительным силовым воздействием обеспечивает раскрытие пружинных лепестков и прижатие их к стенке скважины. Для этого пружинные лепестки 5 могут быть выполнены с определенной геометрией, обеспечивающей лучшее взаимодействие дифференциальной втулки с элементами пружинной корзины. Отсутствие щелевого зазора между частично перекрывающими друг друга пластинами 4 исключает смещение тампонажного раствора вниз - ниже устройства и таким образом создает более надежную платформу для седиментации твердой фазы тампонажного раствора. На ней самопроизвольно формируется уплотненная цементная перемычка, препятствующая опусканию столба цементного раствора.

Устройство для цементирования скважины, включающее полый корпус с радиальными отверстиями, полые разрушаемые штифты, помещенные в радиальных отверстиях, цементировочную корзину с пружинными лепестками, дифференциальную втулку, помещенную снаружи корпуса над цементировочной корзиной против полых разрушаемых штифтов, поджимающую нижней частью пружинные лепестки по их внешней поверхности к внешней поверхности корпуса и образующую верхней частью с последним герметичную кольцевую полость, при этом устройство выполнено с возможностью сообщения полости корпуса через полости штифтов с кольцевой полостью в рабочем положении устройства, перемещения дифференциальной втулки в крайнее верхнее положение, освобождения пружинных лепестков и последующего осаживания дифференциальной втулки в крайнее нижнее положение для окончательного раскрытия пружинных лепестков.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности, а именно к устройствам, обеспечивающим проведение работ в нефтяных и газовых скважинах. .

Изобретение относится к области строительства и эксплуатации нефтяных и газовых скважин и может быть применено для крепления вертикальных и наклонно-направленных стволов скважин хвостовиками обсадных колонн и герметизации заколонного пространства хвостовиков.
Изобретение относится к нефтяной промышленности и может найти применение при строительстве скважины. .

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности, а именно к способам установки хвостовика в нужном положении и его цементирования. .

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к устройству, предназначенному для строительства и ремонта скважин, в том числе и наклонно направленных.

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности, а именно к устройствам, предназначенным для спуска, подвески и цементирования хвостовиков. .

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности, в частности к эксплуатации подземных резервуаров, создаваемых в толще отложений каменной соли для хранения природного газа.

Изобретение относится к области строительства и эксплуатации нефтяных и газовых скважин. .

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

Изобретение относится к области сооружения газовых скважин на месторождениях и подземных хранилищах природного газа, попутного нефтяного газа, гелия, углекислого и других газов и может быть использовано при цементировании газовых скважин

Изобретение относится к области бурения скважин, а именно к устройствам для воздействия вибрацией на тампонажный раствор с целью обеспечения его оптимального размещения в заколонном пространстве при креплении скважин. Вибратор содержит полый корпус, вал с дебалансом, установленным внутри корпуса с возможностью вращения, и механизм вращения вала в виде электродвигателя. Дебаланс внутри корпуса установлен в цилиндрической оболочке на торцевых экранах, имеющих технологические отверстия, сообщающие внутреннюю полость цилиндрической оболочки с внутренней полостью корпуса. Между электродвигателем и дебалансом установлена соединительная муфта, а корпус снабжен компенсатором гидравлического давления. Указанные полости заполнены жидким диэлектриком, например трансформаторным маслом, а торцевые экраны и цилиндрическая оболочка расположены соосно оси вала дебаланса. Обеспечивает работоспособность в условиях гидростатического давления бурового раствора и избирательного воздействия на интервал осложненного разобщения пластов при цементировании скважин. 2 ил.

Изобретение относится к строительству и эксплуатации скважин различного назначения и, в частности, к креплению нефтяных и/или газовых скважин хвостовиками обсадных колонн. Устройство включает корпус с воронкой в верхней его части, кольцевой карман под воронкой на внутренней его поверхности и соединение в нижней части для хвостовика обсадной колонны. Патрубок, помещенный нижней частью внутри корпуса и образующий с последним кольцевую полость, и выполненный в верхней части с возможностью соединения с транспортировочной колонной. Втулку с конической поверхностью в ее нижней части, помещенную в кольцевой полости и зафиксированную срезными элементами на патрубке. Упорную муфту, помещенную в кольцевой полости под втулкой и выполненную с возможностью передачи давления на втулку. Грузонесущие упоры, по меньшей мере три, каждый из которых выполнен с внутренней боковой поверхностью, ответной конической поверхности втулки. Каждый грузонесущий упор помещен в кольцевом кармане и взаимодействует нижней торцевой поверхностью с верхним торцом упорной муфты, а ее конической поверхностью - с конической поверхностью втулки. При этом взаимодействующие конические поверхности грузонесущих упоров и втулки образуют шлицевое соединение, обеспечивающее возможность вывода грузонесущих упоров из кольцевого кармана. Техническим результатом изобретения является упрощение устройства и повышение надежности его работы. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к устройствам для цементирования потайных обсадных колонн - хвостовиков обсадных колонн. Узел циркуляции для хвостовика обсадной колонны включает корпус, помещенный в нижней части транспортировочной колонны выше узла ее соединения с хвостовиком. Корпус выполнен с заливочным отверстием в нижней части, перекрытым срезной втулкой, и циркуляционным отверстием в верхней части. На корпусе помещен уплотнительный элемент. Узел циркуляции содержит толкатель с циркуляционным отверстием, помещенный на корпусе выше уплотнительного элемента и перекрывающий циркуляционное отверстие корпуса. Имеется распределительная втулка с радиальным отверстием, периферийным осевым каналом, и посадочным седлом в нижней ее части. При этом распределительная втулка помещена в корпусе и выполнена с возможностью обеспечения прямой циркуляции жидкости через ее осевой канал с вытеснением жидкости в пространство за хвостовиком, корпусом и выше него - в транспортном положении устройства. А также с возможностью деформации уплотнительного элемента с помощью толкателя и обеспечения закачки тампонажного раствора через ее осевой канал, радиальное отверстия, совмещенное с заливочным отверстием, в пространство за корпусом и, ниже него, за хвостовиком по обратной схеме циркуляции с вытеснением жидкости через периферийный осевой канал, пространство между корпусом и распределительной втулкой, совмещенные циркуляционные отверстия корпуса и толкателя в пространство за этим толкателем и выше него - в рабочем положении устройства. Изобретение обеспечивает повышение надежности работы устройства. 2 ил.

Изобретение относится к устройствам для цементирования скважин и бурения на обсадных трубах. Техническим результатом является обеспечение возможности передачи крутящего момента на долото вправо. Разъединитель содержит корпус 1 подвески, несущую трубу 2, гайку 5, соединительную втулку 11 и упорную втулку 7. Корпус 1 имеет ступенчатую внутреннюю и наружную поверхности. Гайка 5 имеет левую резьбу по наружной поверхности для взаимодействия с корпусом 1 подвески и шлицы на внутренней поверхности для взаимодействия с несущей трубой 2. Соединительная втулка 11 установлена изнутри на конце несущей трубы 2 и снабжена подвесной пробкой 13 и срезаемой проходной пробкой 14. Упорная втулка 7 для фиксации опорного подшипника 8 установлена снаружи на конце несущей трубы 2, конец которой выполнен ступенчатым. Наружный диаметр средней ступени выполнен равным внутреннему диаметру гайки 5. Наружный диаметр нижней ступени выполнен равным внутреннему диаметру корпуса 1 подвески и наружному диаметру опорного подшипника 8. Нижняя ступень несущей трубы 2 установлена с возможностью разгрузки торцевой поверхностью на опорный подшипник 8 и соединена с корпусом 1 подвески с возможностью поворота относительно друг друга и разъединения. Разъединитель дополнительно содержит втулку 4 для соединения несущей трубы с корпусом 1 подвески и предотвращения отворота гайки 5 при бурении, причем втулка 4 подпружинена и выполнена с элементами 9 для взаимодействия с корпусом 1 подвески по торцовой поверхности для обеспечения возможности взаимодействия при вращении. Наружный диаметр втулки 4 меньше наружного диаметра корпуса 1 подвески для обеспечения возможности вращения при разъединении. Элементы 9 для взаимодействия выполнены типа шип-паз. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может найти применение при строительстве нефтяных скважин с горизонтальным окончанием, предназначенных для эффективной разработки сложнопостроенных и слабопроницаемых нефтенасыщенных пластов. Способ заканчивания скважины включает бурение, обсаживание и крепление вертикального ствола скважины до продуктивного горизонта, бурение горизонтального ствола скважины. Выделяют нефтенасыщенные участки. Размещают в горизонтальном стволе перфорированный хвостовик с открытыми перфорационными отверстиями в дальней от устья скважины части, с цементировочным узлом и с закрытыми кислоторастворимыми заглушками перфорационными отверстиями в средней части и с ближней к устью скважины цельной частью. Цементируют заколонное пространство средней части хвостовика через цементировочный узел с подъемом цемента до конца ближней к устью скважины цельной части. Ожидают затвердевание цемента. Снижают гидростатический уровень и получают приток пластовой жидкости из интервала дальней от устья скважины части хвостовика. При наличии слабого притока проводят работы по его интенсификации в незацементированной части хвостовика с изолированием остальной части пакером с проходным отверстием. Устанавливают заглушенный пакер. Осуществляют соляно-кислотную обработку средней части хвостовика до растворения магниевых заглушек и части заколонного цемента. Осуществляют промывку скважины и интенсификацию притока из интервала средней части хвостовика. Техническим результатом является повышение дебита скважины. 1 ил., 1 пр.

Изобретение относится к нефтяной промышленности и может найти применение при строительстве горизонтальной скважины. Обеспечивает увеличение производительной части скважины, зоны ее питания и увеличение дебита скважины. Сущность изобретения: способ строительства горизонтальной скважины включает проходку вертикального участка, участка искривления и горизонтального ствола, спуск обсадной колонны в скважину и цементирование. Согласно изобретению проходку вертикального участка выполняют с входом в продуктивный пласт. В скважину спускают эксплуатационную колонну с фильтровой нижней частью с длиной, не меньшей глубины входа в продуктивный пласт. Выше фильтровой части колонны устанавливают пакер. Выше пакера устанавливают циркуляционный клапан и цементируют заколонное пространство через циркуляционный клапан. После цементирования разбуривают пакер и продолжают бурение с входом в нижележащий пласт, подъемом в продуктивный пласт и бурением по продуктивному пласту. 1 пр., 1 ил.

Способ может быть использован в области сооружения газовых скважин на месторождениях и подземных хранилищах природного газа, попутного нефтяного газа, гелия, углекислого и других газов. В процессе бурения в зоне непроницаемой кровли над продуктивным пластом создают расширенную кольцевую камеру, которая сообщается с внутриколонным пространством через отверстия специальной муфты обсадной колонны. Камеру и внутриколонное пространство заполняют гидрозатворной жидкостью, которая создает постоянное превышение гидростатического давления столба жидкости над пластовым давлением газа. Техническим результатом является повышение эффективности и качества строительства газовых скважин, а также безопасность их эксплуатации за счет создания надежного, более качественного и постоянно действующего гидрозатвора, предотвращающего миграцию газа через заколонное пространство. 4 ил.

Изобретение относится к области крепления нефтяных и газовых скважин, а именно к способам приготовления тампонажного раствора в промысловых условиях с использованием активаторов цементного раствора гидроструйно-механического действия типа «струя в струю». Способ приготовления тампонажного раствора с использованием цементосмесительной машины, цементировочного агрегата (ЦА) и осреднительной емкости включает смешивание цемента в жидкости затворения. Перекачивают полученный раствор насосом цементировочного агрегата по высоконапорной нагнетательной гидролинии в осреднительную емкость. Нагнетают полученный тампонажный раствор в скважину по высоконапорной нагнетательной гидролинии с помощью другого цементировочного агрегата. При этом в одну из высоконапорных нагнетательных гидролиний подключают активатор цементного раствора гидромеханического действия типа «струя в струю». Струи, истекающие из двух боковых конусоидальных гидромониторных насадок, направлены навстречу друг другу и образуют при встрече гидравлический экран. Центральная струя, истекающая из конусоидальной насадки, снабженной вставкой, направлена перпендикулярно к гидравлическому экрану. При этом упомянутый активатор цементного раствора гидромеханического действия подключают в высоконапорную нагнетательную гидролинию для перекачивания цементного раствора в осреднительную емкость. Причем вставку центральной насадки активатора цементного раствора гидромеханического действия выбирают с возможностью формирования центростремительного потока. К присоединительным резьбам втулки и меньшей ступени корпуса привинчены переходники, снабженные элементами быстросъемного соединения. Техническим результатом является повышение прочности цементного камня, сокращение сроков схватывания цемента. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к нефтяной и газовой промышленности и может быть использовано для изоляции пластов в скважине при ее креплении. Устройство включает полый корпус с верхним радиальным отверстием, по меньшей мере одним, нижним радиальным отверстием, по меньшей мере одним, наружным продольным пазом, по меньшей мере одним. Верхнее радиальное отверстие перекрыто срезным штифтом. Нижнее радиальное отверстие перекрыто кольцевой подпружиненной втулкой с внутренней кольцевой проточкой. Снаружи корпуса помещен кожух, образующий с ним кольцевую камеру. Устройство содержит переключатель положений с профилированным пазом, в котором помещена часть полого срезного штифта снаружи корпуса. В нижней части устройства, ниже профилированного паза корпуса, помещен пакер. Кольцевая втулка и переключатель положений устройства соединены между собой подвижным соединением и помещены в кольцевой камере с возможностью перемещения, при гидравлическом сообщении полости корпуса с профилированным пазом, по коду переключателя. Один из этих кодов содержит такое положение устройства, при котором полость корпуса гидравлически сообщена с полостью пакера через нижние отверстия корпуса, внутреннюю кольцевую проточку кольцевой втулки и наружный продольный паз корпуса. Изобретение обеспечивает повышение надежности работы устройства и расширение области применения. 2 ил.
Наверх