Муфта для ступенчатого цементирования обсадной колонны

Муфта для ступенчатого цементирования обсадной колонны

Реферат

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано при цементировании обсадных колонн в две стадии в нефтяных и газовых скважинах.

Известна муфта для ступенчатого цементирования, включающая корпус с радиальными цементировочными отверстиями и радиальными каналами, подвижные втулку и толкатель и подпружиненную кольцевую перегородку (а.с. №1779742, МПК Е 21 В 33/14, 1992).

Недостатки устройства:

- сложность конструкции, обусловленная наличием большого количества деталей;

- наличие пружины большого диаметра вызывает необходимость увеличения габаритных размеров устройства; кроме того, пружина плохо работает в цементной среде;

- большое количество уплотнительных элементов и движущихся деталей снижают надежность герметизации и работоспособность устройства. Есть реальная возможность соприкосновения подвижной втулки 3 со стенкой скважины, что приведет устройство в неработоспособное состояние.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является муфта для ступенчатого цементирования, включающая корпус с радиальными цементировочными отверстиями, кожух-втулку, расположенный с наружной стороны корпуса и образующий с ним кольцевую полость, дополнительную втулку, находящуюся в этой полости и соединенную с корпусом срезными элементами, радиальные каналы в корпусе, сообщающие кольцевую полость с внутренним пространством корпуса (а.с. №1765367, МПК Е 21 В 33/14,1992).

Существенными недостатками устройства являются:

- сложность конструкции;

- множество движущихся деталей и уплотнительных элементов, снижающих работоспособность и надежность герметизации;

- наружное расположение дифференциальной втулки может привести к:

а) преждевременному ее сдвигу вверх и невозможности проведения операции по закачке цементного раствора первой ступени;

б) образованию выше ее сальника и невозможности ее сдвинуть;

в) соприкосновению со стенкой скважины, что приведет устройство в неработоспособное состояние;

- большие габариты, а отсюда - большая металлоемкость;

- неудовлетворительное качество цементирования, обусловленное образованием языков из глинистого раствора, способствующих в дальнейшем прорыву в продуктивные пласты пластовых вод.

Задачей изобретения является создание цементировочной муфты упрощенной конструкции, имеющей низкую металлоемкость и обладающей высокой работоспособностью и повышающей качество цементирования.

Указанная задача решается предлагаемой муфтой, включающей корпус с радиальными цементировочными отверстиями, кожух-втулку, расположенный с наружной стороны корпуса и образующий с ним кольцевую полость, дополнительную втулку, находящуюся в этой полости и соединенную с корпусом срезными элементами, радиальные каналы в корпусе, сообщающие кольцевую полость с внутренним пространством корпуса.

Новым является то, что кожух-втулка соединен с корпусом жестко, а дополнительная втулка снабжена радиальными каналами, сообщающими через цементировочные отверстия внутреннее пространство корпуса с заколонным пространством скважины в момент промывки и закачки цементного раствора второй ступени; муфта снабжена шибером, установленным внутри корпуса и соединенным срезными элементами с опорной втулкой, упирающейся в верхний торец корпуса, причем последний выполнен с кольцевым уступом, расположенным на внутренней поверхности ниже цементировочных отверстий; снабжена хвостовиком, устанавливаемым внутри корпуса с зазором, соединенным сверху с переходником, в нижней части которого под поперечной перегородкой с продольными отверстиями установлен обратный клапан, а выше перегородки выполнены радиальные каналы, сообщающие внутреннее пространство переходника с межколонным пространством; на переходнике, соединенная с ним срезными элементами, ниже радиальных каналов телескопически установлена подвижная втулка, наружный диаметр которой больше внутреннего диаметра шибера, снабженная пружинным стопорным кольцом, размещенным в кольцевой проточке ее внутренней поверхности, переходник в верхней части соединен с муфтой с продольными ребрами и имеет кольцевую проточку на наружной поверхности под упомянутое пружинное стопорное кольцо.

На чертеже изображена предлагаемая муфта в продольном разрезе.

Она состоит из корпуса 1 с радиальными цементировочными отверстиями 2 и радиальными каналами 3. На корпусе находится жестко соединенный с ним кожух-втулка 4, образующий с корпусом кольцевую полость 5, в которой расположена дополнительная втулка 6, соединенная с корпусом срезными элементами 7 и снабженная радиальными каналами 8. Втулка 6 на наружной поверхности имеет выступ 9 с конусной расточкой 10, а кожух-втулка 4 - конусную расточку 11. В верхней части корпуса 1 установлен шибер 12, соединенный срезными элементами 13 с опорной втулкой 14.

Муфта снабжена хвостовиком 15, соединенным сверху с переходником 16, в нижней части которого под поперечной перегородкой 17 с продольными отверстиями 18 находится обратный клапан 19. Выше перегородки 17 выполнены радиальные каналы 20, ниже которых на наружной поверхности телескопически установлена подвижная втулка 21, соединенная с переходником 16 срезными элементами 22. На внутренней поверхности подвижной втулки 21 в кольцевой проточке 23 установлено пружинное стопорное кольцо 24, а на наружной поверхности переходника 16 выполнена кольцевая проточка 25 под стопорное кольцо 24. Верхняя часть переходника 16 соединена с муфтой 26 с продольными ребрами 27.

Сопрягаемые поверхности деталей муфты снабжены уплотнительными кольцами 28.

Муфта работает следующим образом.

Обсадную колонну 29 с башмаком 30, цементировочным клапаном 31 и стоп-кольцом 32, в составе которой установлена предлагаемая муфта, спускают в скважину до проектной глубины с таким расчетом, чтобы муфта находилась выше продуктивного пласта. Затем по обычной технологии закачивают цементный раствор первой ступени, исходя из того, чтобы муфта была перекрыта раствором выше на 40-50 м. При окончании цементирования, цементировочная пробка 33 садится на стоп-кольцо 32, давление в колонне 29 резко повышается (оно передается в кольцевую полость 5), под воздействием которого срезные элементы 7 разрушаются, и дополнительная втулка 6 поднимается вверх до упора в торец муфты 34. При этом отверстия 2 и каналы 8 сообщаются друг с другом. После этого прямой промывкой через отверстия 2 и каналы 8 удаляют цементный раствор, находящийся выше муфты. После ОЗЦ (ожидание затвердевания цемента) в скважину на НКТ 35 спускают хвостовик 15 (длина хвостовика должна быть такой, чтобы его полый конец находился ниже нижнего торца кожуха-втулки 4 на 50-100 м) с переходником 16 до момента, когда подвижная втулка 21 коснется шибера 12 (индикатором веса на поверхности будет зафиксировано снижение нагрузки). Спуск прекращают, инструмент приподнимают на небольшую высоту, герметизируют межколонное пространство устьевым сальником (не показан) и через НКТ 35, переходник 16, радиальные каналы 20, отверстия 2 и каналы 8 закачивают расчетный объем цементного раствора второй ступени. Для повышения качества цементирования (при необходимости) осуществляют круговую циркуляцию цементного раствора, контролируя его параметры на выходе из скважины. Примерно через 1,5-2 цикла циркуляции параметры цементного раствора становятся стабильными, после чего циркуляцию прекращают и производят продавку цементного раствора с таким расчетом, чтобы в НКТ остался столб цементного раствора, равный ˜ 50 м. После этого НКТ опускают, муфта 21 садится на шибер 12, под нагрузкой инструмента срезные элементы 13 разрушаются, шибер 12 опускается вниз до упора в кольцевой уступ 36, перекрывая при этом изнутри цементировочные отверстия 2 (шибер 12 в зоне отверстий 2 должен устанавливаться с натягом). При недостаточности веса колонны НКТ для разрушения срезных элементов 13 (в случае, если скважина неглубокая) создают в межтрубном пространстве избыточное давление насосным агрегатом. Разрушение элементов 13 фиксируется по манометру на насосном агрегате. Инструменту дают дополнительную посадку, разрушаются срезные элементы 22, а подвижная втулка 21 перемещается вверх, перекрывая радиальные каналы 20, при этом стопорное кольцо 24 входит в кольцевую проточку 25 переходника 16. Давление на устье скважины снижают до нуля, после чего под воздействием перепада давления между внутриколонным и заколонным пространствами втулка 6 опускается вниз и герметично перекрывает цементировочные отверстия 2 с наружной стороны корпуса 1 муфты. НКТ приподнимают и обратной промывкой вымывают цементный раствор, оставшийся в них. Затем трубы поднимают на поверхность и скважину оставляют на ОЗЦ.

Предлагаемая цементировочная муфта имеет простейшую конструкцию, низкую металлоемкость и обладает высокой работоспособностью и надежной герметизацией. Не используется вторая цементировочная пробка, разбуривание которой представляет определенную проблему. В скважине не образуется цементный стакан, который нужно потом разбуривать благодаря возможности иметь хвостовик любой длины. Закачка цементного раствора второй ступени осуществляется через НКТ и, следовательно, не загрязняются муфтовые соединения обсадной колонны цементным раствором, который, превращаясь в камень, впоследствии осыпается и создает проблемы при эксплуатации. Позволяет осуществлять круговую циркуляцию цементного раствора, что резко повышает качество цементирования и, в конечном счете, предотвратит прорывы в продуктивные пласты пластовых вод.

Муфта для ступенчатого цементирования обсадной колонны, включающая корпус с радиальными цементировочными отверстиями, кожух-втулку, расположенный с наружной стороны корпуса и образующий с ним кольцевую полость, дополнительную втулку, находящуюся в этой полости и соединенную с корпусом срезными элементами, радиальные каналы в корпусе, сообщающие кольцевую полость с внутренним пространством корпуса, отличающаяся тем, что она снабжена опорной втулкой, упирающейся в верхний торец корпуса, выполненный с кольцевым уступом, расположенным на внутренней поверхности ниже цементировочных отверстий, шибером, установленным внутри корпуса и соединенным срезными элементами с опорной втулкой, переходником, хвостовиком, выполненным с возможностью установки внутри корпуса с зазором и соединенным сверху с переходником, в нижней части которого под поперечной перегородкой с продольными отверстиями установлен обратный клапан, а выше перегородки выполнены радиальные каналы для сообщения внутреннего пространства переходника с межколонным пространством, на переходнике соединенная с ним срезными элементами ниже радиальных каналов телескопически установлена выполненная с возможностью движения втулка, наружный диаметр которой больше внутреннего диаметра шибера, снабженная пружинным стопорным кольцом, размещенным в кольцевой проточке ее внутренней поверхности, переходник в верхней части соединен с муфтой с продольными ребрами и имеет кольцевую проточку на наружной поверхности под упомянутое пружинное стопорное кольцо, при этом кожух-втулка соединен с корпусом жестко, а дополнительная втулка снабжена радиальными каналами для сообщения через цементировочные отверстия внутреннего пространства корпуса с заколонным пространством скважины в момент промывки и закачки цементного раствора второй ступени.