Клапан для обратного цементирования обсадных колонн

 

Союз Советскик

Социалистическик

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6! ) Дополнительное к авт. свнд-ву (22) Заявлено 06.1 1.79 (21) 2836261/22-03 (51 ) Щ f(p с прнсоединеннем заявки K

E 21 В 33/14

Гееударстакииый комитет (23) Приоритет по делам изобретений и открытий

Опубликовано 230 82, Бюллетень № 3

Дата опубликования описания 230 1.82 (53) Уд К 622. 24S..42(088.8) (72) Авторы изобретения

Ф. С. Вертинский и Н . С. Гаджиев

Производственное ордена Трудового Краси (7l ) Заявитель объединение "Коминефть" Министерства нефтяной промышленности СССР (54) КЛАПАН Д5И ОБРАТНОГО ЦЕМЕНТИРОВАНИЧ

ОБСАДНЬ?Х КОЛОНН

Изобретение относится к креплению нефтяных и газовых скважин, в част— ности к цементированию обсадных ко— лонн.

Известно устройство для обратно— го цементирования обсадных колонн, включающее обратный клапан, проби— вочную пробку и фильтр, перекрывае— мый наполнителем, добавляемый в первую порцию цементного раствора (11 .

Однако это устройство ненадежно вследствие перемешивания наполнителя на значительном интервале затрубного пространства и потери наполнителя по пути движения.

11аиболее близким по технической суио1остп к предлагаемому изобретению яв11яется клапан для обратного цементирования обсаднь1х колонн, включающий стопорнос кол1111 и размещенный внутри корпуса I;Iпорный орган 2) .

Недост,l I ком ус 1р< йства является

11 1 ненадежное.ть, т;1к как при цирку!

1Я1111И ЧЕР1 "I K.:!;III l II IГОСХОПЯIЦЕГО ПОТО ка на запорный орган воздействует равнодействующая трех сил: силы трения, силы тяжести и гидр1д11намической силы в сужешш канала.

При циркуляции потока ж11дкости по стволу скважины изменяк1тся ее структурно-механические cвойства под действием температуры, давлеиия, химических реагентов и скс>рость (неравномерная работа насосов), что влечет за собой неуправляемое изменение равнодействующих сил трения и гидродинамической силы и сужении канала и невозможность точного апределени11 момента 11oc 1 IJIeния тамllонажыого раствора в нижнюю часть обсадной колонны.

Кроме того, данное устройство может прпме11нться лишь для тампонажного раствор» строго определенной плотности в занисимос1и от нлотпости материала з11порного органа, что сужает 1тбласть применения устройства.

899859 4

15

40

50

Цель изобретения — повышение надежности работы устройства.

Поставленная цель достигается тем, что устройство снабжено балансиром с грузом, установленным шарнирно в корпусе ниже запорного органа, и стопорным элементом, размещенным между балансиром и запорным органом, причем последний выполнен в виде двух подпружиненных на балансире пустотелых полуцилиндров, полость первого из которых сообщена с внутренней полостью обсадной колонны, а полость второго выполнена герметичной и заполнена буровым раствором, причем полуцилиндры установлены Ilo движно относительно друг друга и с возможностью взаимодействия первого из них со стопорным элементом.

Причем масса нолуцилиндров и 30 площадь их днищ выполнены одинаковыми.

Кроме того, плотность раствора

Е3о втором полуцилиндре соответствует плотности бурового раствора в обсадной колонне.

На фиг. 1 изображено устройство и транспортном положении; на фиг.2 сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 устройство при закрытом положении З0 запорного органа.

Клапан состоит из корпуса 1, раз— мещенного в нем разъемного запорного органа, состоящего из двух равновеликих полуци.шипров 2 и 3 одинаковой массы. Полость полуцилиндра 2 закрыта сеткой 4 для предотвращения зашламовывания полуцилиндра. На внутренней стенке 5 полуцилиндра 2 выполнены щелевидные отверстия 6.

Полуцилиндр 2 через сетку 4 и отверстия 6 сообщается с циркуляционной системой. щелевидные отверстия 5 служат для ускорения процесса замещения бурового раствора тампонажным. Диаметр отверстий 5 определяется расчетным путем и зависит от скорости замещения бурового раствора, а также выбирается, исходя из минимально допустимых гидравлических сопротивлений. Полость полуцилиндра 3 герметично закрыта пробкой 7. Полуцилиндры 2 и 3 могут перемещаться относительно стопорного кольца 8 вверх и вниз благодаря балансиру 9, к которому они присоединены с помощью пружин !О {или другого эластичного материала). Балансир 9 свободно поворачивается вокруг оси 11, жестко закрепленной в корпусе 1.

На балансире 9, состоящем из плеч равной длины., имеется груз 12, который может перемещаться по балансиру 9 и на требуемом расстоянии стопорится винтом-фиксатором 13. В корпусе 1 имее ся ограничитель 14 движения вниз полуцилиндра 2.

Клапан работает следующим образом.

Перед спуском обсадной колонны полуцилиндр 3 заполняется буровым раствором той же плотности, что и находящийся в скважине, после чего он герметизируется пробкой 4.

Груз 12 передвигают по балансиру

9 на количество делений, соответствующее разности плотностей тампонажного и бурового растворов, и стопорят винтом-фиксатором 13. Спуск колонны обсадных труб осуществляют без ее долива.

По окончании спуска всей колонны скважину промывают. При этом при циркуляции через клапан нисходящего потока жидкости любой плотности клапан открыт.

После промывки приступают к обратному цементированию. В затрубное пространство закачивают тампонажный раствор, плотность которого больше плотности бурового раствора в сква— жине. B первый момент закачки тампонажного раствора через клапан проходит восходящий поток жидкости, находящейся в скважине и имеющей плотность меньшую, чем плотность, на которую отрегулирован клапан. При этом полуцилиндр 3 под действием груза 12 опущен вниз, а полуцилиндр

2 поднят вверх так, что между ними образован канал для прохода жидкости.

При вхождении в канал тампонажного раствора заданной плотности буровой раствор из полуцилиндра 2 замещается тампонажным, в результате чего установившееся равновесие нарушаь ется и полуцилиндр 3 всплывает, а полуцилиндр 2 погружается, перекрывая при этом канал. В момент перекрытия канала на днище полуцилиндров

2 и 3 воздействует разность давления гидро ста тич еских с толбо в тампонажного и бурового раствора, а также скоростной налор потока, под действием которых оба полуцилиндра с ударом, смягченным пружинами 10, садятся на стопорное кольцо 8 ° После чего пружины !О остаются в растя.-

899859 нутом положении, так как усилие прижатия полуцилиндров к гнезду под действием перепада давлений значительно превосходит усилие пружин 10.

Проверку вхождения тампонажного раствора в клапан определяют следующим образом.

В обсадную колонну закачивают жидкость, под действием которой полуцилиндры 2 и. 3 опускаются вниз, !О причем полуцилиндр 2 останавливается, упираясь в ограничитель 14, а полуцилиндр 3 опускается еще ниже и открывает канал.

Если после прекращения закачки И иэ колонны вытесняется объем жидкости, равный закаченному, и при этом циркуляция резко прекращается, то это служит подтверждением вхож-- дения тампонажного раствора в клапан.щ

Использование предлагаемого кла.— пана позволит повысить надежностЬ

его в работе, улучшить качество цементирования за счет регулирования клапана на оптимальную плотность 2$ тампонажного раствора.

Кроме того, конструктивное выполнение клапана, а именно выполнение его с балансиром и перемещающимся по Зу нему грузом и фиксатором, позволяет использовать предлагаемый клапан как отсекатель для предупреждения выбросов, открытых нефтяных и газовых фонтанов при бурении и креплении скважин. В этом случае полуцилиндры меняют местами, чтобы герметично закрытый полуцилиндр расположился над ограничителем 14.

Формула и з обретения

l. Клапан для обратного цементирования обсадных колонн, включающий корпус, стопорное кольцо и размещен ный внутри корпуса запорный орган, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности работы устройства, оно снабжено балансиром с грузом, установленным шарнирно в корпусе ниже запорного органа, и стопорным элементом, размещенным между балансиром и запорным органом, причем последний выполнен в виде двух подпружиненных на балансире пустотелых полуцилиндров, полость первого из которых сообщена с внутренней полостью обсадной колонны, а полость второго выполнена герметичной и заполнена буровым раствором. причем полуцилиндры установлены подвижно относительно друг друга и с возможностью взаимодействия первого из них со стопорным элементом.

2. Клапан по п.l, о т л и ч а юшийся тем, что масса полуцилиндров и площадь их днищ выполнены одинаковыми.

3. Клапан по п.l, о т л и ч .а ю— шийся тем, что плотность бурового раствора во втором полуцилиндре соответствует плотности бурового раствора в обсадной колонне.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Л"-595490, кл. E 21 В 33/14, 1974.

2. Авторское свидетельство СССР

-609872, кл. Е 21 В 33/14., 1976 (прототип) .