Патент на изобретение №2260675

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТУПЕНЧАТОГО ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ СКВАЖИН

(57) Реферат:

Изобретение относится к области заканчивания скважин и предназначено для их цементирования. Обеспечивает надежность работы и уменьшение металлоемкости устройства. Сущность изобретения: устройство включает корпус и кожух с цементировочными и технологическими отверстиями, основную втулку с посадочным седлом, дифференциальную втулку с элементами фиксации, установленную с возможностью осевого перемещения между кожухом и корпусом, цементировочные пробки, верхний и нижний переходники. Согласно изобретению устройство снабжено дополнительной втулкой, которая размещена внутри нижнего переходника с посадочным седлом меньшего диаметра, чем диаметр посадочного седла основной втулки. Основная втулка размещена между цементировочными отверстиями корпуса и кожуха, частично или полностью перекрывающими друг друга, и технологическими отверстиями корпуса, сообщающими внутритрубное пространство с кольцевой полостью. Последняя образована сопрягаемыми внутренней поверхностью дифференциальной втулки и наружной поверхностью корпуса. Дифференциальная втулка верхним торцом связана с упругим элементом. Кольцевая полость герметизирована уплотнительными кольцами от действия наружного давления. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области заканчивания скважин, в частности к устройствам для ступенчатого цементирования обсадных колонн и хвостовиков.

Известны устройства (муфты) для ступенчатого цементирования эксплуатационных колонн, широко применявшихся в отечественной практике типа МСЦ-1 и МСЦ-2 (Булатов А.И. и др. Справочник инженера по бурению. М.: Недра, т.1, 1985, с.332-333).

Известна муфта для ступенчатого цементирования (патент РФ № 2074311, Е 21 В 33/14, оп. 27.02.97, бюл. № 6), содержащая корпус, в котором имеются отверстия, закрытые цилиндрическими пробками, зашпилькованными срезными тарированными шпильками, стальную заслонку, прикрепленную к корпусу с помощью срезных шпилек, разбуриваемую втулку, продавочную пробку второй ступени.

Недостатком данного устройства является неодновременное открытие циркуляционных отверстий второй ступени (как правило, открывается одно циркуляционное отверстие) из-за неравномерности среза шпилек, что приводит к одностороннему вытеснению бурового раствора цементным и в целом к некачественному цементированию в интервале установки устройства. Не перекрытое внутритрубное пространство под устройством приводит к образованию протяженных (до 50-80 м) зон смешения бурового раствора с цементным внутри обсадных труб под устройством, что приводит к дополнительным затратам по разбуриванию протяженной зоны смешения, образовавшейся после цементирования второй ступени.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство для ступенчатого цементирования скважин (а.с. СССР № 840300, Е 21 В 33/14, оп. 23.06.81, бюл. № 23), включающее корпус и кожух с цементировочными отверстиями, установленный между корпусом и кожухом запорный золотник, срезную втулку с посадочным седлом, перекрывающую цементировочные отверстия, дифференциальную втулку, установленную между кожухом, запорным золотником и патрубком, цементировочные пробки и верхний и нижний переходники.

Недостатком известного устройства является возможность преждевременного смещения запорного золотника от действия пульсирующего давления при промежуточных промывках или при цементировании колонны, поскольку золотник удерживается в нерабочем положении за счет сил трения между корпусом и втулкой. Это приведет к преждевременному перекрытию цементировочных отверстий (б) и в целом к несработке устройства. На последней стадии цементирования манжеты (гофры) цементировочной пробки 20 могут вывернутся в обратную сторону от действия перепада давления (практика цементирования с применением данной конструкции цементировочных пробок показывает, что гофры выворачиваются при действии незначительного перепада давления). Это может привести к тому, что запорный золотник не сработает и не перекроет цементировочные отверстия в корпусе.

Таким образом, появилась проблема сконструировать такое устройство, которое при своей простоте и надежности обеспечивало бы цементирование как вертикальных, так и наклонных и горизонтальных скважин.

Указанную проблему решает предлагаемое устройство для ступенчатого цементирования скважин, включающее корпус и кожух с цементировочными и технологическими отверстиями, основную втулку с посадочным седлом, дифференциальную втулку с элементами фиксации, установленную с возможностью осевого перемещения между кожухом и корпусом, цементировочные пробки, верхний и нижний переходники, которое, согласно изобретению снабжено дополнительной втулкой, размещенной внутри нижнего переходника с посадочным седлом меньшего диаметра, чем диаметр посадочного седла основной втулки, размещенной между цементировочными отверстиями корпуса и кожуха, частично или полностью перекрывающими друг друга, и технологическими отверстиями корпуса, сообщающими внутритрубное пространство с кольцевой полостью, образованной сопрягаемыми внутренней поверхностью дифференциальной втулки и наружной поверхностью корпуса, при этом дифференциальная втулка верхним торцом связана с упругим элементом, а кольцевая полость герметизирована уплотнительными кольцами от действия наружного давления.

Целесообразно упругий элемент выполнить в виде пружины, связанной другим концом с верхним переходником.

Наличие двух втулок, работающих с цементировочными пробками под давлением, позволяет проводить двухступенчатое цементирование наклонных и горизонтальных скважин.

Образование кольцевой полости сопрягаемыми внутренней поверхностью дифференциальной втулки и наружной поверхностью корпуса позволяет упростить конструкцию устройства, снизить металлоемкость при изготовлении.

Втулки – основная и дополнительная – предлагаемого устройства жестко закреплены в корпусе и выполняют иную функцию – создание давления внутри обсадной колонны при взаимодействии с цементировочными пробками, например, для приведения в действие дифференциальной втулки на ее закрытие, что в совокупности с другими признаками изобретения позволяет достигнуть нового технического результата – цементирование наклонных и горизонтальных скважин.

На фиг.1 изображено устройство в транспортном положении, общий вид; на фиг.2 – то же, в момент посадки промежуточной цементировочной пробки в дополнительную втулку и начала цементирования скважины; на фиг.3 – то же, в момент окончания цементирования и закрытия цементировочных отверстий, продольный разрез.

Предлагаемое устройство состоит из корпуса 1 с концевыми переходниками 2 и 3. Снаружи вдоль корпуса размещен кожух 4, а в полости между корпусом 1 и кожухом 4 установлена дифференциальная втулка 5, подпружиненная пружиной 6 к переходнику 3 и зафиксированная к корпусу срезными штифтами 7. В нижней части корпуса и кожуха в одной плоскости и соостно расположены цементировочные отверстия 8 и 9. В верхней части кожуха выше дифференциальной втулки расположены перепускные технологические отверстия 10, а выше цементировочных отверстий 8 корпуса 1 расположены технологические отверстия привода 11 дифференциальной втулки 5. Между цементировочными отверстиями 8, 9 и технологическими отверстиями 11 привода дифференциальной втулки корпуса расположена основная втулка 12, жестко закрепленная к корпусу, а в нижнем переходнике 2 расположена и жестко закреплена к нему дополнительная втулка 13, имеющая посадочное седло меньшего диаметра, чем посадочное седло основной втулки 12. Устройство снабжено промежуточной цементировочной пробкой 14 и запорной цементировочной пробкой 15.

По окончании ОЗЦ цементировочные пробки и втулки 12 и 13 разбуриваются, восстанавливается номинальный диаметр в интервале установки устройства, равный внутреннему диаметру обсадной колонны.

Предлагаемое устройство универсально и успешно применяется как в вертикальных, так и в наклонных и горизонтальных скважинах. Простота конструкции обеспечивает надежность его работы, а также уменьшение металлоемкости при его изготовлении.

Формула изобретения

1. Устройство для ступенчатого цементирования скважин, включающее корпус и кожух с цементировочными и технологическими отверстиями, основную втулку с посадочным седлом, дифференциальную втулку с элементами фиксации, установленную с возможностью осевого перемещения между кожухом и корпусом, цементировочные пробки, верхний и нижний переходники, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительной втулкой, размещенной внутри нижнего переходника с посадочным седлом меньшего диаметра, чем диаметр посадочного седла основной втулки, размещенной между цементировочными отверстиями корпуса и кожуха, частично или полностью перекрывающими друг друга, и технологическими отверстиями корпуса, сообщающими внутритрубное пространство с кольцевой полостью, образованной сопрягаемыми внутренней поверхностью дифференциальной втулки и наружной поверхностью корпуса, при этом дифференциальная втулка верхним торцом связана с упругим элементом, а кольцевая полость герметизирована уплотнительными кольцами от действия наружного давления.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что упругий элемент выполнен в виде пружины, связанной другим концом с верхним переходником.

РИСУНКИ