Устройство для подвески и герметизации потайной обсадной колонны

Устройство для подвески и герметизации потайной обсадной колонны

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано для подвески и герметизации потайных колонн в газовых, нефтяных, термальных и других скважинах в ходе тампонажных работ.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство для подвески и герметизации потайной обсадной колонны, содержащее корпус с расположенными в нем радиальными отверстиями, последовательно размещенными и охватывающими его уплотнительными элементами, рядом с одним крайним из которых расположена охватывающая корпус опорная втулка, закрывающий радиальные отверстия корпуса кожух с конической расточкой, образующий с корпусом кольцевую полость, и установленный с возможностью перемещения в последней и соединенный с корпусом кольцевой поршень, один торец которого расположен на уровне радиальных отверстий корпуса (см. Авторское свидетельство СССР №1740630, кл. Е 21 В 33/14, 1992).

В данном устройстве герметизация кольцевого межколонного пространства обеспечивается при движении колонны труб с корпусом вниз сжатием уплотнительного элемента нормированной нагрузкой, меньшей веса потайной колонны, что исключает выдавливание уплотнительных элементов из герметизированного кольцевого пространства.

Нормируемая нагрузка, зависящая от размеров межколонного пространства, регулируется ограничением длины хода при посадке друг на друга выступов конусообразной опорной втулки и корпуса, а подвеска осуществляется в любом месте предыдущей колонны.

Недостатки этого устройства заключаются в технологической сложности создания в ходе производственных работ нормированной нагрузки, необходимой для сжатия уплотнительных элементов и заякоривания в зависимости от веса потайной колонны, размеров межколонного пространства, длины хода выступов конусообразной опорной втулки и корпуса при их посадке друг на друга и т.д.

Как следствие, возможно выдавливание уплотнительного элемента или его неплотное прилегание к стенкам межколонного пространства, а вес потайной колонны может быть недостаточным.

Технический результат предлагаемого устройства заключается в устранении указанного недостатка, а именно в уменьшении технологической сложности создания в ходе производственных работ нормированной нагрузки. Это позволяет в целом повысить надежность устройства.

Данный технический результат достигается за счет того, что в устройстве для подвески и герметизации потайной обсадной колонны, содержащем корпус с расположенными в нем радиальными отверстиями, последовательно размещенными и охватывающими его уплотнительными элементами, рядом с одним крайним из которых расположена охватывающая корпус подвижная опорная втулка, закрывающий радиальные отверстия корпуса кожух с конической расточкой, образующий с корпусом кольцевую полость, и установленный с возможностью перемещения в последней и соединенный срезными штифтами с корпусом кольцевой поршень, один торец которого расположен на уровне радиальных отверстий корпуса, радиальные отверстия расположены в верхней части корпуса, в средней части которого по периметру его наружной поверхности выполнена выточка, кольцевой поршень состоит из двух элементов с размещенным между ними по периметру корпуса разрезным кольцом, удерживаемым закрепленными на наружной поверхности элементов кольцевого поршня жесткими фонарями-центраторами, во внутренних полостях которых расположены пружины, соприкасающиеся с разрезным кольцом и выполненные с возможностью установки разрезного кольца в выточку корпуса при перемещении кольцевого поршня относительно корпуса, верхний элемент кольцевого поршня выполнен выступающим из-под кожуха, уплотнительные элементы размещены в нижней части корпуса между торцем нижнего элемента кольцевого поршня и торцем подвижной опорной втулки, выполненной с внутренней насечкой, ниже подвижной опорной втулки расположена цилиндрическая втулка с размещенными в ее верхней и нижней частях плашками со шлипсами, а также за счет того, что цилиндрическая втулка своей внутренней поверхностью размещена с возможностью соприкосновения с наружной поверхностью нижней части подвижной опорной втулки, кроме того, за счет того, что оно снабжено расположенными по периметру корпуса фигурными металлическими кольцами, первое из которых размещено между нижним торцем кольцевого поршня и верхним уплотнительным элементом, а второе размещено между торцем опорной втулки и нижним уплотнительным элементом. Данный технический результат достигается за счет того, что каждое фигурное металлическое кольцо выполнено с возможностью предохранения уплотнительных элементов от разрушения, а также за счет того, что оно снабжено кольцевым седлом под нижнюю продавочную пробку, установленным внутри нижней части корпуса и скрепленным с ним штифтами по его периметру.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показано предлагаемое размещенное в голове потайной обсадной колонны устройство, подвешенное сверху на колонне бурильных труб и установленое в месте его заякоривания и герметизации в наружной обсадной колонне. На фиг 2 показано то же устройство, когда оно заякорено и уплотнено с этой колонной. Показанное на фиг.1 и 2 устройство для подвески и герметизации потайной обсадной колонны содержит корпус 1 с резьбой 2 в его верхней части, срезные штифты 3, скрепляющие кольцевой поршень (нажимная втулка) 4, который состоит из нижнего и верхнего элементов, с корпусом 1. В верхней части корпуса 1 выполнены радиальные отверстия 5, на уровне которых расположен один из торцев кольцевого поршня 4. Радиальные отверстия 5 предназначены для передачи внутриколонного давления жидкости на кольцевой поршень 4, закрепленный на корпусе 1 срезными штифтами 3.На наружной поверхности элементов кольцевого поршня 4 закреплены жесткие фонари-центраторы 6, во внутренних полостях которых расположены пружины, соприкасающиеся с разрезным кольцом 7. Корпус 1 устройства также имеет последовательно размещенные и охватывающие его уплотнительные элементы 8, при этом уплотнительные элементы 8 размещены в нижней части корпуса 1 между торцем нижнего элемента кольцевого поршня 4 и торцем подвижной опорной втулки 9, выполненной с внутренней насечкой, ниже подвижной опорной втулки 9 расположена цилиндрическая втулка 10 с размещенными в ее верхней и нижней частях плашками со шлипсами. На фиг.1 и 2 позицией 11 обозначена наружная обсадная колонна. Устройство имеет выполненную в средней части корпуса 1 выточку 12. В нижней части корпуса 1 выполнена резьба 13. Нижняя часть корпуса 1 также имеет нижнюю продавочную пробку 14 и кольцевое седло 15 под нижнюю продавочную пробку 14, которое установлено внутри нижней части корпуса 1. В устройство входят верхняя разделительная пробка 16, которую пускают за тампонажным раствором, кожух 17, образующий с корпусом 1 кольцевую полость, фигурные металлические кольца 18, первое из которых размещено между нижним торцем кольцевого поршня 4 и верхним уплотнительным элементом 8, а второе размещено между торцем подвижной опорной втулки 9 и нижним уплотнительным элементом 8, а также штифты 19, скрепляющие кольцевое седло 15 с нижней частью корпуса 1. Нижняя продавочная пробка 14 имеет проходное отверстие для тампонажного раствора в потайную колонну 20, а верхняя разделительная пробка 16 выполнена конструктивно таким образом, что при пуске ее в колонну бурильных труб 21 она входит наконечником в нижнюю продавочную пробку 14, соединяясь с ней. При этом корпус 1 устройства соединен резьбой 2 с колонной бурильных труб 21. Подпружиненное разрезное кольцо 7 фиксирует уплотнительные элементы 8 и заякоривающие элементы - опорную втулку 9 и цилиндрическую втулку 10 с размещенными в ее верхней и нижней частях плашками со шлипсами в сомкнутом состоянии. Заякоривающие элементы - опорная втулка 9 и цилиндрическая втулка 10, имеющая плашки со шлипсами, предназначены для фиксации потайной колонны в период ожидания затвердевания цемента (ОЗЦ). Кольцевое седло 15 прикрепляется к нижней части корпуса 1 штифтами 19. Уплотнительные элементы 8 отделены фигурными металлическими кольцами 18 от кольцевого поршня 4 и заякоривающих элементов (подвижной опорной 9 и цилиндрической, 10 втулок) и также служат для герметизации заколонного пространства после цементирования.

Устройство для подвески и герметизации потайной обсадной колонны работает следующим образом. Устройство навинчивают резьбой 13 на верхнюю трубу потайной колонны 20, а сверху бурильные трубы 21 навинчивают на резьбу в верхней части корпуса 1. После спуска устройства для подвески и герметизации потайной обсадной колонны в скважину, когда башмак потайной колонны (на фиг.1 и 2 не показан) устанавливается на забое скважины, в бурильные трубы 21 с устья скважины закачивают расчетный объем тампонажного раствора. Расчетный объем тампонажного раствора определяют из условия необходимости заполнения тампонажным раствором пространства между обсадной колонной, потайной колонной и устройством для подвески и герметизации потайной обсадной колонны. За тампонажным раствором пускают верхнюю разделительную пробку 16, вслед за которой начинают закачивать продавочную жидкость. Момент, при котором происходит посадка пробки 16 в пробку 14, фиксируется скачком давления на буфере скважины. Затем повышением давления на буфере скважины срезаются штифты 19 крепления седла 15 к корпусу 1, обеспечивая продавку расчетного количества тампонажиого раствора через цементировочную муфту, имеющую стоп-кольцо (на фиг.1 и 2 не показано) и установленную в нижнем конце потайной колонны над башмаком, в пространство между потайной колонной и стенками скважины с одновременным спуском сомкнутых пробок 14 и 16 и их посадки на стоп-кольцо цементировочной муфты, что определяется по скачку давления на буфере скважины. Это означает, что расчетный объем тампонажного раствора заполнил кольцевое пространство за потайной колонной. Затем дальнейшим повышением давления на буфере скважины обеспечивают срез штифтов 3 (фиг.2) за счет передачи этого повышенного давления через отверстия 5 в кольцевой зазор между кожухом 17 и корпусом 1. После среза штифтов 3 кольцевой поршень 4 смещается вниз (фиг.2), обеспечивая требуемое усилие сначала для полного расчетного заякоривания заякоривающих элементов (подвижной опорной 9 и цилиндрической 10 втулок), а затем и полного расчетного сжатия уплотнительных элементов 8 (фиг.2). При этом заякоривающие элементы (подвижная опорная 9 и цилиндрическая 10 втулки) своими зубцами и насечками врезаются, соответственно, в корпус 1 устройства и в стенку наружной обсадной колонны 11, а уплотнительные элементы 8 уплотняют кольцевой зазор между ними. Их фиксация в сомкнутом состоянии определяется скачком давления на буфере скважины после входа подпружиненного разрезного кольца 7 в выточку 12. После герметизации межколонного пространства сбрасывают давление, отворачивают бурильные трубы 21 от устройства с потайной колонной, осуществляют промывку над ними. После этого бурильные трубы 21 поднимают.

В результате использования изобретения повышается степень герметизации заколонного пространства, что повышает надежность подвески потайной колонны, сокращается число технологических операций, время установки потайной обсадной колонны и время простоя всей буровой установки в период ожидания затвердевания цемента.

Устройство для подвески и герметизации потайной обсадной колонны, содержащее корпус с расположенными в нем радиальными отверстиями, последовательно размещенными и охватывающими его уплотнительными элементами, рядом с одним крайним из которых расположена охватывающая корпус опорная втулка, закрывающий радиальные отверстия корпуса кожух, образующий с корпусом кольцевую полость, и установленный с возможностью перемещения в последней и соединенный срезными штифтами с корпусом кольцевой поршень, отличающееся тем, что радиальные отверстия расположены в верхней части корпуса, в средней части которого по периметру его наружной поверхности выполнена выточка, кольцевой поршень состоит из двух элементов с размещенным между ними по периметру корпуса разрезным кольцом, удерживаемым закрепленными на наружной поверхности элементов кольцевого поршня жесткими фонарями-центраторами, во внутренних полостях которых расположены пружины, соприкасающиеся с разрезным кольцом и выполненные с возможностью установки разрезного кольца в выточку корпуса при перемещении кольцевого поршня относительно корпуса, уплотнительные элементы размещены в нижней части корпуса между торцом нижнего элемента кольцевого поршня и торцом опорной втулки, выполненной с внутренней насечкой, ниже опорной втулки расположена цилиндрическая втулка с размещенными в ее верхней и нижней частях плашками со шлипсами.