Патент на изобретение №2310740

(54) КЛАПАН ДЛЯ ОБСАДНОЙ КОЛОННЫ

(57) Реферат:

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к цементированию обсадных колонн. Обеспечивает повышение надежности работы и сокращение времени на строительство скважины. Клапан включает ограничитель с седлом и боковыми каналами. В осевом канале ограничителя на срезных элементах с возможностью герметичного перекрытия его боковых каналов установлена втулка. На нижнем конце втулки в виде наружной кольцевой выборки выполнен стопор. Ограничитель снизу жестко соединен с обсадной колонной. Последняя оборудована снизу нижней муфтой, снабженной внизу изнутри цилиндрической выборкой, куда вставлен с возможностью осевого перемещения вверх полый хвостовик. На верхнем конце полого хвостовика закреплен поперечный упор. Полый хвостовик зафиксирован относительно нижней муфты в нижнем положении срезными штифтами. Втулка заглушена снизу и герметично снизу установлена в осевой канал ограничителя. Втулка имеет возможность осевого перемещения вверх до взаимодействия стопора с нижним торцом ограничителя. В процессе перемещения вверх втулка взаимодействует с поперечным упором и разрушает срезные элементы. В верхнем положении втулка герметично изнутри перекрывает радиальные каналы ограничителя. 1 ил.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к цементированию обсадных колонн.

Известен «Клапан для обсадной колонны» (авторское свидетельство SU №1812304, МПК 7 Е21В 34/10, 33/14, опубл. в бюл. №16 от 30.04.1993 г.), содержащий клапанное седло с осевыми отверстиями, тарелку с конической рабочей поверхностью, размещенной под седлом, подпружиненный шток, жестко соединенный с тарелкой, и срезной фиксатор, при этом клапан снабжен фильтром, выполненным в виде кольца и размещенным в нижней части седла осевого канала по внутренней его поверхности, причем подпружиненный шток выполнен со сквозным отверстием под срезной фиксатор, а клапанное седло в верхней части выполнено с отверстием, перпендикулярным центральной оси седла и соосным сквозному отверстию подпружиненного штока, при этом тарелка выполнена с эластичным кольцом по центру рабочей конической поверхности, причем тарелка может быть выполнена из эластичного материала.

Недостатками данного клапана являются:

во-первых, сложность в изготовлении и обслуживании, большое количество деталей и, как следствие, высокая себестоимость;

во-вторых, низкая надежность перекрытия проходного канала.

Наиболее близким по технической сущности является «Клапан для обсадных колонн» (патент RU №2250355, МПК 7 Е21В 34/06, 33/14, опубл. в бюл. №11 от 20.04.2005 г.), включающий ограничитель с седлом и боковыми каналами, обратный клапан, размещенный снизу, втулку, установленную в осевом канале ограничителя на срезных элементах над боковыми каналами с возможностью их герметичного перекрытия, при этом ограничитель дополнительно оборудован стопором, взаимодействующим с втулкой в ее нижнем положении, причем наружная поверхность ограничителя выше боковых каналов снабжена эластичным кольцом с упором и выполнена с возможностью герметичной установки ограничителя в требуемом интервале между трубами обсадной колонны при их сборке, при этом седло выполнено с цилиндрической выборкой на нижней плоскости ограничителя, а обратный клапан выполнен тарельчатым, подпружиненным с возможностью поворота относительно крепления к ограничителю, состоящим из жестко соединенных между собой эластичной манжеты, центратора и цилиндрической пластины, на которой выполнена кольцевая проточка, установленная напротив внутренней нижней плоскости ограничителя, причем наружная плоскость цилиндрической пластины размещена напротив седла ограничителя, при этом эластичная манжета расположена между нижней плоскостью ограничителя и цилиндрической пластиной.

Недостатками данной конструкции клапана являются:

во-первых, сложность конструкции, обусловленная большим количеством резиновых элементов и металлических колец;

во-вторых, невозможно провести опрессовку обсадной колонны перед ее цементированием без спуска дополнительного опрессовочного оборудования (например, пакера).

Задачей изобретения является упрощение конструкции клапана для обсадной колонны, а также возможность проведения опрессовки обсадной колонны в скважине непосредственно перед ее цементированием без спуска в обсадную колонну дополнительного опрессовочного оборудования.

Указанная задача решается предлагаемым клапаном для обсадной колонны, включающим ограничитель с седлом и боковыми каналами, втулку, установленную в осевом канале ограничителя на срезных элементах с возможностью герметичного перекрытия боковых каналов ограничителя, стопор.

Новым является то, что стопор выполнен в виде наружной кольцевой выборки на нижнем конце втулки, при этом ограничитель снизу жестко соединен с обсадной колонной, которая оборудована снизу нижней муфтой, снабженной внизу изнутри цилиндрической выборкой, куда вставлен с возможностью осевого перемещения вверх полый хвостовик, на верхнем конце которого закреплен поперечный упор, при этом полый хвостовик зафиксирован относительно нижней муфты в нижнем положении срезными штифтами, а втулка заглушена снизу и герметично снизу установлена в осевой канал ограничителя, при этом втулка имеет возможность осевого перемещения вверх до взаимодействия стопора с нижним торцом ограничителя, при этом в процессе перемещения вверх втулка взаимодействует с поперечным упором и разрушает срезные элементы, причем в верхнем положении втулка герметично изнутри перекрывает радиальные каналы ограничителя.

На чертеже изображен предлагаемый клапан для обсадной колонны в продольном разрезе.

Клапан для обсадной колонны включает ограничитель 1 с седлом 2 и боковыми каналами 3, втулку 4, установленную в осевом канале ограничителя 1 на срезных элементах 5 с возможностью герметичного перекрытия боковых каналов ограничителя 1. На нижнем конце втулки 4 в виде наружной кольцевой выборки выполнен стопор 6.

Ограничитель 1 снизу соединен с обсадной колонной 7, которая оборудована снизу нижней муфтой 8, снабженной внизу изнутри цилиндрической выборкой 9, куда вставлен с возможностью осевого перемещения вверх полый хвостовик 10. На верхнем конце внутри полого хвостовика 10 закреплен поперечный упор 11. Полый хвостовик 10 зафиксирован в нижнем положении относительно нижней муфты 8 срезными штифтами 12. Втулка 4 заглушена снизу посредством заглушки 13. Втулка 4 имеет возможность взаимодействия с поперечным упором 11 полого хвостовика 10 с последующим разрушением срезных элементов 5 и перемещением втулки 4 в верхнее положение, в котором втулка 4 имеет возможность герметичного перекрытия боковых каналов 3 ограничителя 1 изнутри и взаимодействия стопором 6 с нижним торцом 14 ограничителя 1. Необходимая герметичность при работе клапана обеспечивается уплотнительным элементом 15.

Клапан для обсадных колонн работает следующим образом.

После подготовительных работ на скважине (не показано) в нее спускают обсадную колонну 7, оборудованную снизу предлагаемым клапаном для обсадной колонны. В процесс спуска обсадной колонны 7 в скважину находящаяся в скважине жидкость перетекает снизу вверх, сквозь боковые каналы 3 ограничителя 1, заполняя внутреннее пространство обсадной колонны 7. Это происходит потому, что срезные элементы 5 неподвижно фиксируют втулку 4 относительно ограничителя 1. Спуск обсадной колонны 7 в скважину продолжают до упора нижнего торца полого хвостовика 10 на забой (не показано) скважины. Далее производят разгрузку обсадной колонны 7 на устройство, при этом разрушаются срезные штифты 12 и обсадная колонна 7 вместе с жестко закрепленными на ее нижнем конце ограничителем 1 и нижней муфтой 8 опускаются вниз по цилиндрической выборке 9 относительно упертого на забой скважины полого хвостовика 10, при этом сначала втулка 4 своей заглушкой 13 упирается в поперечный упор 11 и при последующей разгрузке обсадной колонны 7 на устройство втулка 4 разрушает срезные элементы 5, фиксирующие ее неподвижно относительно ограничителя 1. Втулка 4 перемещается в верхнее положение до взаимодействия стопора 6 с нижним торцом ограничителя 1, о чем свидетельствует падение веса обсадной колонны 7 до нуля на индикаторе веса (не показано), установленном на устье скважины, при этом втулка 4 герметично посредством уплотнительного элемента 14 садится на седло 2 и герметично посредством уплотнительного кольца 15 перекрывает боковые каналы 3 ограничителя 1. Производят долив обсадной колонны 7 до устья скважины технологической жидкостью. Затем спрессовывают обсадную колонну 7 на необходимое давление с необходимой выдержкой по времени.

Убедившись в герметичности обсадной колонны 7, ее приподнимают вверх на 1-2 метра, при этом сначала ограничитель 1 и нижняя муфта 8, жестко закрепленные на нижнем конце обсадной колонны 7, поднимаются вверх относительно остающихся на месте полого хвостовика 10 с закрепленным на его верхнем конце поперечным упором 11, причем сначала втулка 4 стопором 6 выходит из взаимодействия с нижним торцом 14 ограничителя 1, а затем втулка 4 полностью выходит из герметичного взаимодействия с седлом 2 ограничителя 1, при этом боковые каналы 3 ограничителя 1 полностью открываются и лишь после этого втулка 4 выходит из взаимодействия своей заглушкой 13 с поперечным упором 11 полого хвостовика 10. Полый хвостовик 10 оказывается в нижней части цилиндрической выборки 9 нижней муфты 8 и при дальнейшем подъеме нижний торец полого хвостовика 10 приподнимается с забоя, обеспечивая гидравлическую связь между внутренним пространством обсадной колонны 7 и заколонным пространством скважины.

Клапан для обсадной колонны готов к цементированию обсадной колонны 7. Для этого закачивают в обсадную колонну 7 необходимое количество цементного раствора. Далее на устье скважины устанавливают в обсадную колонну 7 продавочную пробку 16.

Подачей продавочной жидкости в обсадную колонну 7 начинают продавку цементного раствора, при этом цементный раствор из обсадной колонны 7 через радиальные каналы 3 ограничителя 1 и далее через внутренние пространства нижней муфты 8 и полого хвостовика 10 продавливается в заколонное пространство (не показано) скважины.

Продавку цементного раствора в заколонное пространство скважины продолжают до тех пор, пока не произойдет резкое повышение давления на манометре насосного агрегата, закачивающего продавочную жидкость в обсадную колонну 7, что свидетельствует о том, что продавочная пробка 16 своим нижним торцом уперлась в верхний торец ограничителя 1.

Продавку цементного раствора прекращают, при этом под действием столба цементного раствора, продавленного в заколонное пространство скважины и действующего снизу на заглушку 13 втулки 4, последняя поднимается в верхнее положение до взаимодействия стопора 6 с нижним торцом 14 ограничителя 1, при этом радиальные каналы 3 ограничителя 1 герметично посредством уплотнительного элемента 15 перекрываются изнутри втулкой 4, которая герметично садится на седло 2 ограничителя 1, в связи с чем исключается попадание цементного раствора из заколонного пространства скважины в обсадную колонну 7. Скважину оставляют на ОЗЦ (ожидание затвердевания цемента).

Предлагаемый клапан для обсадной колонны имеет простую конструкцию, что повышает надежность работы устройства, а проведение опрессовки обсадной колонны в скважине непосредственно перед ее цементированием, без спуска в обсадную колонну дополнительного опрессовочного оборудования, позволяет сократить общее время на строительство скважины, а значит, сэкономить материальные и финансовые затраты.

Формула изобретения

Клапан для обсадной колонны, включающий ограничитель с седлом и боковыми каналами, втулку, установленную в осевом канале ограничителя на срезных элементах с возможностью герметичного перекрытия боковых каналов ограничителя, стопор, отличающийся тем, что стопор выполнен в виде наружной кольцевой выборки на нижнем конце втулки, при этом ограничитель снизу жестко соединен с обсадной колонной, которая оборудована снизу нижней муфтой, снабженной внизу изнутри цилиндрической выборкой, куда вставлен с возможностью осевого перемещения вверх полый хвостовик, на верхнем конце которого закреплен поперечный упор, при этом полый хвостовик зафиксирован относительно нижней муфты в нижнем положении срезными штифтами, а втулка заглушена снизу и герметично снизу установлена в осевой канал ограничителя, при этом втулка имеет возможность осевого перемещения вверх до взаимодействия стопора с нижним торцом ограничителя, при этом в процессе перемещения вверх втулка взаимодействует с поперечным упором и разрушает срезные элементы, причем в верхнем положении втулка герметично изнутри перекрывает радиальные каналы ограничителя.

РИСУНКИ