устройство для цементирования обсадной колонны

Формула изобретения

Устройство для обработки и цементирования обсадной колонны, включающее "стоп - кольцо" в виде заглушенного снизу патрубка с уплотнительными элементами, продольными пазами и радиальными каналами с наружным кольцевым уступом вверху и конусной поверхностью внизу, телескопически к которому снаружи установлено опорное кольцо, присоединяемое герметично к обсадной колонне и снабженное штифтом, свободный конец которого входит в продольные пазы патрубка, и имеет в нижнем торце конусную расточку, адекватную конусной поверхности патрубка, отличающееся тем, что между наружным кольцевым уступом патрубка и опорным кольцом установлена пружина сжатия, а продольные пазы выполнены несквозными в виде верхнего и нижнего рядов, продольных, направленных поочередно вверх и вниз, соответственно верхних и нижних пазов, крайние из которых выполнены длинными, соединяющими верхние и нижние ряды, при этом продольные пазы соединены фигурными пазами так, что при возвратно-поступательном перемещении патрубка относительно опорного кольца свободный конец штифта последовательно находится в каждом из продольных верхних и нижних пазов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано при цементировании 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 к 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 устройство для цементирования обсадной колонны (патент RU №2233966, МПК 7 Е21В 33/14, опубл. в бюл. №22 от 10.08.2004 г.), включающее корпус, установленное в нем "стоп - кольцо", уплотнения и разделительную пробку, при этом "стоп - кольцо" выполнено в виде заглушенного снизу патрубка с кольцевыми внутренним и наружным уступами вверху, продольными пазами и радиальными каналами, расположенными выше заглушенного участка патрубка, причем с наружной стороны упомянутого участка выполнена цилиндрическая расточка, в которой жестко установлено технологическое кольцо с наружной конусной поверхностью, малое основание конуса которого обращено вверх, а диаметр его равен наружному диаметру патрубка, напротив продольных пазов последнего телескопически установлено опорное кольцо, наружной стороной жестко соединенное с корпусом и снабженное срезными элементами, свободные концы которых взаимодействуют с продольными пазами патрубка, на нижнем торце опорного кольца со стороны внутренней поверхности выполнена конусная расточка, адекватная конусной поверхности технологического кольца.

Недостатками конструкции данного устройства являются:

во-первых, нет возможности принудительной посадки конической поверхности патрубка на коническую поверхность опорного кольца, что снижает герметичность при работе устройства;

во-вторых, невозможность опрессовки обсадной колонны перед ее цементированием без спуска дополнительного опрессовочного оборудования (например, пакера).

Технической задачей изобретения является повышение герметичности при работе устройства, а также возможность проведения опрессовки обсадной колонны в скважине непосредственно перед ее цементированием без спуска в обсадную колонну дополнительного опрессовочного оборудования.

Поставленная техническая задача решается устройством для цементирования обсадной колонны, включающим "стоп - кольцо" в виде заглушенного снизу патрубка с уплотнительными элементами, продольными пазами и радиальными каналами с наружными кольцевым уступом вверху и конусной поверхностью внизу, телескопически к которому снаружи установлено опорное кольцо, присоединяемое герметично к обсадной колонне и снабженное штифтом, свободный конец которого входит в продольные пазы патрубка и имеет в нижнем торце конусную расточку, адекватную конусной поверхности патрубка.

Новым является то, что между наружным кольцевым уступом патрубка и опорным кольцом установлена пружина сжатия, а продольные пазы выполнены несквозными в виде верхнего и нижнего рядов, продольных, направленных поочередно вверх и вниз, соответственно верхних и нижних пазов, крайние из которых выполнены длинными, соединяющими верхние и нижние ряды, при этом продольные пазы соединены фигурными пазами так, что при возвратно-поступательном перемещении патрубка относительно опорного кольца свободный конец штифта последовательно находится в каждом из продольных верхних и нижних пазов.

На фиг.1 изображено предлагаемое устройство в процессе спуска в скважину в продольном разрезе.

На фиг.2 изображено предлагаемое устройство перед опрессовкой скважины в продольном разрезе.

На фиг.3 и 4 изображены развертки продольных пазов.

Устройство для цементирования обсадной колонны состоит из "стоп - кольца", выполненного в виде заглушенного снизу патрубка 1 (см. фиг.1), продольными пазами 2 и радиальными каналами 3 с наружными кольцевым уступом 4 вверху и конусной поверхностью 5 внизу.

Телескопически к патрубку 1 снаружи установлено опорное кольцо 6, присоединяемое герметично к обсадной колонне 7 и снабженное штифтом 8, свободный конец 9 которого входит в продольные пазы 2 патрубка 1. Опорное кольцо 6 в нижнем торце имеет конусную расточку 10, адекватную конусной поверхности 5 патрубка 1.

Между наружным кольцевым уступом 4 патрубка 1 и опорным кольцом 6 установлена пружина сжатия 11.

Продольные пазы 2 выполнены несквозными в виде верхнего 12 и нижнего 13 рядов, продольных, направленных поочередно вверх и вниз, соответственно верхних 14; 14 ; 14 и нижних 15; 15 ; 15 пазов, крайние из которых 14 и 15 выполненными длинными, соединяющими верхние 12 и нижние 13 ряды.

Продольные верхние 14 и 14 и нижний 15 пазы соединены фигурными пазами 16, а продольные нижние 15 и 15 и верхний 14 пазы соединены фигурными пазами 16; 16 ; 16 ; 16 так, что при возвратно-поступательном перемещении патрубка относительно опорного кольца свободный конец 9 штифта 8 последовательно находится в каждом из продольных верхних 14; 14 ; 14 и нижних 15; 15 ; 15 пазов.

Устройство работает следующим образом.

Перед спуском устройства в скважину (на фиг.1, 2, 3, 4 не показано) устанавливают штифт 8 (см. фиг.1 и 2) свободным концом 9 в нижний паз 15 (см. фиг.3), при этом радиальные каналы 3 патрубка 1 частично перекрыты внутренней поверхностью опорного кольца 6 (см. фиг.1).

Далее устройство в составе обсадной колонны 7 (см. фиг.2) спускают в скважину.

В процессе спуска устройства в скважину происходит дросселирование жидкости через радиальные каналы 3 патрубка 1, при этом происходит заполнение внутреннего пространства обсадной колонны 7 жидкостью, находящейся в скважине, и исключается излив на устье (на фиг.1, 2, 3, 4 не показано) скважины. После окончания спуска обсадной колонны 7 в скважину обвязывают на устье скважины ее верхний конец с насосным агрегатом и емкостью с технологической жидкостью (на фиг.1, 2, 3, 4 не показано).

Доливают в обсадную колонну 7 технологическую жидкость и поднимают давление, при этом пружина сжатия 11 сжимается и патрубок 1 совершает перемещение вниз относительно опорного кольца 6, причем штифт 8, находящийся свободным концом 9 в нижнем пазу 15 (см. фиг.3 и 4) верхнего ряда 12 перемещается через фигурный паз 16 в верхний паз 14 верхнего ряда 12. Давление в обсадной колонне 7 сбрасывают (см. фиг.2), при этом пружина сжатия 11 разжимается и патрубок 1 поднимается вверх относительно опорного кольца 6, при этом штифт 8 перемещается из верхнего длинного паза 14 верхнего ряда 12 в нижний паз 15 (см. фиг.4) нижнего ряда 13 продольного паза 2.

Далее производят опрессовку обсадной колонны 1. Для этого поднимают давления до намеченного опрессовкой, при этом пружина сжатия 11 сжимается и патрубок 1 совершает перемещение вниз относительно опорного кольца 6, причем штифт 8, находящийся свободным концом 9 в нижнем пазу 15 (см. фиг.2) нижнего ряда 13, перемещается через фигурный паз 16 в верхний паз 14 нижнего ряда 13.

Производят выдержку по времени и сбрасывают давление в обсадной колонне 7 (см. фиг.2), при этом пружина сжатия 11 разжимается и патрубок 1 поднимается вверх относительно опорного кольца 6, при этом штифт 8 перемещается из верхнего паза 14 нижнего ряда 13 (см. фиг.3 и 4) через фигурный паз 16 в нижний длинный паз 15 нижнего ряда 13.

Убедившись в герметичности обсадной колонны 7 начинают ее цементирование.

Для этого закачивают в обсадную колонну 7 расчетное количество цементного раствора. Далее на устье скважины устанавливают в обсадную колонну 7 продавочную пробку (на фиг.1, 2, 3, 4 не показано).

Подачей продавочной жидкости в обсадную колонну 7 начинают продавку продавочной пробки, а значит, цементного раствора, при этом цементный раствор под действием давления продавки продавочной пробки воздействует на заглушенный снизу торец патрубка 1 (см. фиг.2), вследствие чего последний перемещается вниз, сжимая пружину сжатия 11 относительно опорного кольца 6, при этом открываются радиальные каналы 3 патрубка 1, а штифт 8, находящийся свободным концом 9 в нижнем длинному пазу 15 нижнего ряда 13, перемещается в верхний паз 14 верхнего ряда 12 (см. фиг.3 и 4), при этом цементный раствор сквозь радиальные каналы 3 (см. фиг.2) патрубка 1 продавливается ниже устройства и через отверстия в башмачной трубе (на фиг.1, 2, 3, 4 не показано) обсадной колонны 7 поступает в заколонное пространство скважины (на фиг.1, 2, 3, 4 не показано), по которому цементный раствор поднимается вверх.

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 своим нижним торцом уперлась в верхний торец патрубка 1. Давление продавки сбрасывают, при этом патрубок 1 (см. фиг.2) за счет возвратной силы пружины сжатия 11 перемещается верх относительно опорного патрубка 6, причем штифт 8 из верхнего паза 14 верхнего ряда 12 (см. фиг.3 и 4) опускается вниз и через фигурный паз 16 попадает в нижний паз 15 верхнего ряда 12.

Вновь поднимают давление в обсадной колонне 7 над продавочной пробкой, при этом пружина сжатия 11 сжимается и патрубок 1 совершает перемещение вниз относительно опорного кольца 6, причем штифт 8, находящийся свободным концом 9 в нижнем пазу 15 (см. фиг.3 и 4) верхнего ряда 12, перемещается через фигурный паз 16 в верхний паз 14 верхнего ряда 12. Давление в обсадной колонне 7 сбрасывают (см. фиг.2), при этом пружина сжатия 11 разжимается и патрубок 1 поднимается вверх относительно опорного кольца 6, при этом штифт 8 перемещается из верхнего длинного паза 14 верхнего ряда 12 в нижний паз 15 (см. фиг.4) нижнего ряда 13 продольного паза 2, а опорное кольцо 6 своей внутренней поверхностью герметично перекрывает радиальные каналы 3 патрубка 1.

Процесс цементирования обсадной колонны 7 закончен. Далее скважину оставляют на ОЗЦ (ожидание затвердевания цемента).

Предлагаемое устройство для цементирования обсадной колонны позволяет повысить герметичность при работе устройства благодаря пружине сжатия, обеспечивающей принудительную посадку друг на друга конических поверхностей патрубка и опорного кольца, 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.