устройство для манжетного цементирования скважины

Формула изобретения

1. Устройство для манжетного цементирования скважины, включающее полый корпус и кожух, образующие между собой кольцевую камеру и выполненные каждый из них с радиальными отверстиями, кольцевую заслонку, перекрывающую радиальные отверстия кожуха, верхнюю и нижнюю кольцевые уплотнительные манжеты, установленные на корпусе в его нижней части, двухстороннее кольцевое седло, зафиксированное на корпусе срезным элементом, по меньшей мере одним, и установленное между кольцевыми уплотнительными манжетами, гидротолкатель, размещенный в кольцевой камере, втулку с седлом в нижней части и радиальными отверстиями над ним, установленную в корпусе на срезном штифте, по меньшей мере одном, с возможностью гидравлического сообщения, при ее осевом перемещении под действием избыточного давления в скважине, полости корпуса с кольцевой камерой через ее нижние радиальные отверстия и радиальные отверстия корпуса, а также перемещения кольцевой заслонки при дальнейшем увеличении избыточного давления в скважине для открытия радиальных отверстий кожуха, при этом обеспечена возможность последовательного взаимодействия гидротолкателя с верхней кольцевой уплотнительной манжетой и кольцевым седлом до перемещения нижней кольцевой уплотнительной манжеты на двухстороннее кольцевое седло и верхнюю кольцевую уплотнительную манжету.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что кольцевая заслонка выполнена с упорами, а втулка выполнена с ответными упорами с возможностью их взаимодействия в крайнем нижнем положении втулки.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено запорной втулкой с посадочным седлом и фиксаторами конечного положения, размещенной в кожухе над кольцевой заслонкой и зафиксированной в этом кожухе на срезном элементе, по меньшей мере одном, с возможностью перекрытия радиальных отверстий кожуха после окончания цементирования.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что боковая поверхность кольцевых уплотнительных манжет имеет защиту по их боковой поверхности не менее чем на 50%, а двухстороннее кольцевое седло имеет дополнительную функцию центратора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области строительства скважин, преимущественно нефтяных и газовых, и может быть использовано при изоляции пластов в скважинах при их креплении.

Известно устройство для скважины, включающее полый корпус с радиальным отверстием, перекрытым полым срезным штифтом, кольцевой уплотнительный узел, помещенный на корпусе, подпружиненную втулку, размещенную в кольцевой полости и взаимодействующую с рабочей втулкой, имеющей фигурный паз на наружной поверхности (см., например, RU 2182957, 04.10.2001).

Недостатком известного устройства является его низкая надежность, в особенности в ответвленных стволах скважин, пробуренных через «окна» в обсадных колоннах, где известные устройства для цементирования практически не работоспособны по причине разрушения уплотнительных узлов.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности работы устройства и упрощение его конструкции.

Необходимый технический результат достигается тем, что устройство для манжетного цементирования скважины включает полый корпус и кожух, образующие между собой кольцевую камеру и выполненные, каждый из них, с радиальными отверстиями, кольцевую заслонку, перекрывающую радиальные отверстия кожуха, верхнюю и нижнюю кольцевые уплотнительные манжеты, установленные на корпусе в его нижней части, двухстороннее кольцевое седло, зафиксированное на корпусе срезным элементом, по меньшей мере одним, и установленное между кольцевыми уплотнительными манжетами, гидротолкатель, размещенный в кольцевой камере, втулку с седлом в нижней части и радиальными отверстиями над ним, установленную в корпусе на срезном штифте, по меньшей мере одном, с возможностью гидравлического сообщения, при ее осевом перемещении под действием избыточного давления в скважине, полости корпуса с кольцевой камерой через ее нижние радиальные отверстия и радиальные отверстия корпуса, а также перемещения кольцевой заслонки, при дальнейшем увеличении избыточного давления в скважине, для открытия радиальных отверстий кожуха, при этом обеспечена возможность последовательного взаимодействия гидротолкателя с верхней кольцевой уплотнительной манжетой и кольцевым седлом до перемещения нижней кольцевой уплотнительной манжеты на двухстороннее кольцевое седло и верхнюю кольцевую уплотнительную манжету.

Кроме того:

кольцевая заслонка выполнена с упорами, а втулка выполнена с ответными упорами с возможностью их взаимодействия в крайнем нижнем положении втулки;

устройство снабжено запорной втулкой с посадочным седлом и фиксаторами конечного положения, размещенной в кожухе над кольцевой заслонкой и зафиксированной в этом кожухе на срезном элементе, по меньшей мере одном, с возможностью перекрытия радиальных отверстий кожуха после окончания цементирования;

боковая поверхность кольцевых уплотнительных манжет имеет защиту по их боковой поверхности не менее чем на 50%, а двухстороннее кольцевое седло имеет дополнительную функцию центратора.

На чертеже изображено устройство в общем виде.

Устройство включает полый корпус 1 и кожух 2 в виде патрубков разной длины, соответственно внутреннего и наружного, образующих между собой кольцевую камеру 3. Корпус и кожух, каждый из них, выполнены с радиальными отверстиями соответственно 4 и 5. Внутри кожуха 2 (над патрубком корпуса 1) установлена кольцевая заслонка 6, перекрывающая радиальные отверстия 5 кожуха 2. На корпусе 1, в его нижней части, установлены верхняя 7 и нижняя 8 кольцевые уплотнительные манжеты. Между кольцевыми уплотнительными манжетами 7 и 8 на корпусе установлено двухстороннее кольцевое седло 9. Оно зафиксировано на корпусе 1 срезным элементом 10, по меньшей мере одним. В кольцевой камере 3 размещен гидротолкатель 11. В корпусе 1 на срезном штифте 12, по меньшей мере одном, зафиксирована втулка 13 с седлом 14 в нижней части и радиальными отверстиями 15 над ним. Эта втулка обеспечивает возможность гидравлического сообщения, при ее осевом перемещении от избыточного давления в скважине, полости корпуса 1 с кольцевой полостью 3 через ее радиальные отверстия 15 и радиальные отверстия 4 корпуса 1. Предусмотрена также возможность перемещения кольцевой заслонки 6 для открытия радиальных отверстий 5 кожуха 2 при дальнейшем увеличении избыточного давления в скважине. При этом кольцевая заслонка 6 выполнена с упором 16, а втулка 13 выполнена с ответным упором 17 с возможностью его взаимодействия с упором 16. Устройство может иметь запорную втулку 18 с посадочным седлом 19 и фиксаторами 20, обеспечивающими фиксацию запорной втулки 18 в ее конечном положении. Для этих фиксаторов на внутренней поверхности кожуха 2 выполнены кольцевые проточки 21 и 22. Запорная втулка 18 размещена в кожухе 2 над кольцевой заслонкой 6 и зафиксирована в этом кожухе на срезном элементе 23, по меньшей мере одном, с возможностью перекрытия радиальных отверстий 5 кожуха 2 после окончания цементирования. Кольцевая заслонка 6 зафиксирована в корпусе с помощью срезного элемента 24, по меньшей мере одного. Нижняя часть кожуха 2 может быть выполнена в виде проставочной втулки 25 для удобства монтажа устройства и зафиксирована на корпусе срезным элементом 26. Гидротолкатель 11 выполнен с фиксатором 27 конечного положения кольцевых уплотнительных элементов 7 и 8. Втулка 13 выполнена с разгрузочными отверстиями 28 и кольцевой проточкой 29 в зоне радиальных отверстий 15. Боковая поверхность кольцевых уплотнительных манжет 7 и 8 имеет защиту 30, а двухстороннее кольцевое седло 9 имеет дополнительную функцию центратора. Для этого оно может быть выполнено с наружным диаметром, превышающим наружный диаметр кольцевых уплотнительных манжет 7 и 8 на 3-10%. Для обеспечения необходимой герметичности устройство имеет уплотнения 31. Для соединения с обсадными трубами, подлежащими цементированию по их затрубному пространству, устройство имеет верхний 32 и нижний 33 переводники. Полость корпуса устройства постоянно сообщена с полостью 34 втулки.

Устройство работает следующим образом.

После спуска устройства на заданную глубину производят окончательную промывку скважины и пуск шара или разделительной пробки (на чертеже условно не показаны). Созданием избыточного давления в обсадной колонне и корпусе 1 устройства срезают штифт 12. В результате втулка 13 перемещается вниз до взаимодействия ее упора 17 с упором 16 кольцевой заслонки 6. Жидкость из полости 34 втулки 13 через радиальные отверстия 15 и 4 поступает в кольцевую камеру 3, перемещая гидротолкатель 11, который, в свою очередь, надвигает верхнюю кольцевую уплотнительную манжету 7 на двухстороннее кольцевое седло 9. При дальнейшем перемещении гидротолкателя 11 происходит его взаимодействие с самим двухсторонним кольцевым седлом 9, срез фиксирующего его элемента 10 и наползание нижней кольцевой уплотнительной манжеты 8 на двухстороннее седло 9 и верхнюю кольцевую уплотнительную манжету 7. В результате обеспечена герметизация заколонного пространства обсадной колонны в скважине.

При дальнейшем создании избыточного давления в обсадной колонне осуществляют срез элемента 24, фиксирующего кольцевую заслонку 6. Происходит перемещение этой заслонки вниз и открытие радиальных отверстий 5 кожуха 2 (цементировочных отверстий). После закачки расчетного объема тампонажного раствора в обсадную колонну пускают с устья скважины разделительную пробку (на чертеже условно не показана), которая садится в седло 19. При создании избыточного давления в обсадной колонне происходит срез элемента 23. Запорная втулка 18 перемещается вниз и герметично перекрывает радиальные отверстия 5 кожуха 2. Фиксатор 20 фиксирует запорную втулку 18 в ее конечном положении в кольцевой проточке 22.