Устройство для цементирования хвостовика в скважине

Устройство для цементирования хвостовика в скважине

Реферат

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к строительству и ремонту скважин.

Известно разъединительное устройство (патент RU №2136840, МПК 7 Е 21 В 17/06, 43/10, опубл. бюл. №25 от 10.09.1999 г.), включающее выполненные с возможностью телескопического взаимодействия между собой внутренний и наружный корпуса с шариковьм фиксатором между ними, седло, выполненное с возможностью телескопического взаимодействия с внутренним корпусом и шариковьм фиксатором, при этом устройство снабжено установочным патрубком, а седло снабжено кольцевым стопорным кольцом и выполнено с возможностью дополнительного телескопического взаимодействия с наружным корпусом.

Недостатком данного устройства является низкая надежность его в работе, связанная:

во-первых, со слабым зацепом шариковых фиксаторов при цементировании достаточно длинных хвостовиков, имеющих большой вес, поскольку преждевременное срабатывание шариковых фиксаторов может привести к возникновению аварийной ситуации на скважине;

во-вторых, с тем, что при продавливании цементировочной пробки возможно проскальзывание ее через стоп-кольцо и, как следствие, нарушение технологии цементирования хвостовика;

в-третьих, использование цементировочной пробки осложняет конструкцию устьевой арматуры.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является разъединительное устройство для цементирования хвостовиков с опорой на забой (патент RU №2149252, МПК 7 Е 21 В 17/06, 43/10, опубл. бюл. №14 от 20.05.2000 г.), включающее выполненные с возможностью телескопического взаимодействия между собой внутренний и наружный корпуса с шариковым фиксатором между ними, седло, выполненное с возможностью телескопического взаимодействия с внутренним корпусом и шариковым фиксатором, при этом в нижней части наружного корпуса выполнены окна, над которыми в проходном канале упомянутого корпуса выполнено седло под обратный клапан, взаимодействующий с внутренним корпусом, при этом в стенках внутреннего корпуса выполнены обводные каналы, сообщающиеся с наружным пространством через проходной канал седла и окна наружного корпуса.

Указанному устройству в той или другой степени присущи все недостатки, отмеченные выше. Кроме того, оно сложное по конструкции, что обусловлено большим количеством деталей, а невыполнение жестких требований при изготовлении и сборке снижает надежность работы устройства.

Задачей изобретения является упрощение конструкции устройства и повышение надежности его работы независимо от длины и веса хвостовика, а также исключение продавочной пробки из технологического процесса при цементировании хвостовика в скважине.

Указанная задача решается устройством для цементирования хвостовика в скважине, включающим телескопически установленные внутренний и наружный корпуса, седло с клапаном, при этом в нижней части наружного корпуса выполнены окна.

Новым является то, что внутренний корпус выполнен полым, оснащен шлицами и установленным на наружной поверхности клапаном в виде заглушки выше седла, которое зафиксировано на внутренней поверхности наружного корпуса разрушаемым элементом и оснащено пальцами, причем клапан и седло выполнены с возможностью взаимодействия в рабочем положении, при этом наружный корпус, на наружной поверхности которого выполнены осевые пазы под пальцы седла, оснащен дополнительно снизу вверх выше окон пакером в виде эластичного рукава, зафиксированного снизу относительно наружного корпуса и армированного изнутри гильзой, расширяющим конусом, соединенным с пальцами седла и выполненным с возможностью фиксации относительно наружного корпуса и взаимодействия с пакером в рабочем положении, при этом наружный корпус сверху соединен левой резьбой с переводником, на внутренней поверхности которого выполнены снизу пазы, причем в исходном положении внутренний корпус соединен с переводником замковым механизмом, а шлицы внутреннего корпуса состыкованы с пазами переводника.

Новым также является то, что замковый механизм выполнен в виде втулки, в исходном положении зафиксированной относительно внутреннего корпуса срезным винтом и взаимодействующей сверху с переводником.

На чертеже изображено предлагаемое устройство для цементирования хвостовика в скважине в продольном разрезе.

Устройство для цементирования хвостовика 1 (см. чертеж) в скважине включает телескопически установленные внутренний 2 и наружный 3 корпуса. В нижней части наружного корпуса 3 выполнены окна 4.

Внутренний корпус 2 выполнен полым и оснащен шлицами 5. На наружной поверхности внутреннего корпуса 2 установлен клапан 6, выполненный в виде заглушки выше седла 7, которое зафиксировано на внутренней поверхности внешнего корпуса 2 разрушаемым элементом 8. Седло 7 оснащено пальцами 9. Клапан 6 и седло 7 выполнены с возможностью взаимодействия между собой в рабочем положении.

Наружный корпус 3, на наружной поверхности которого выполнены осевые пазы 10 под пальцы 9 седла 7, оснащен дополнительно снизу вверх выше окон 4 пакером 11 в виде эластичного рукава 12, зафиксированного снизу относительно наружного корпуса 3 и армированного изнутри гильзой 13, выше которой на наружной поверхности наружного корпуса 3 размещен расширяющий конус 14. Расширяющий конус 14 соединен с пальцами 9 седла 7, вставленными с возможностью ограниченного осевого перемещения в осевые пазы 10 наружного корпуса 3. Расширяющий конус 14 имеет возможность фиксации относительно наружного корпуса 3 посредством разрезного пружинного кольца 15, установленного во внутренней проточке 16 расширяющего конуса 14 с кольцевыми зубчатыми насечками 17, выполненными на наружной поверхности наружного корпуса 3. Расширяющий конус 14 при перемещении вниз взаимодействует сверху с гильзой 13. Гильза 13 выполнена с продольными рассечениями сверху вниз.

Наружный корпус 3 сверху снабжен промежуточной муфтой 18, посредством которой он соединен с хвостовиком 1, который в свою очередь сверху снабжен муфтой 19, которая соединена с помощью левой резьбы 20 с переводником 21. На внутренней поверхности переводника 21 снизу выполнены пазы 22.

В исходном положении внутренний корпус 2 соединен с переводником 21 замкового механизма 23, а шлицы 5 внутреннего корпуса 2 состыкованы с пазами 22 переводника 21.

Замковый механизм 23 выполнен в виде втулки 24. В исходном положении втулка 24 зафиксирована относительно внутреннего корпуса 2 срезным винтом 25 и взаимодействует сверху с переводником 21. Несанкционированные перетоки жидкости исключаются уплотнительными кольцами 26, 27.

Устройство работает следующим образом.

На наружный корпус 3 сверху наворачивают промежуточную муфту 18, затем сверху в нее вворачивают нижнюю трубу хвостовика 1. После этого, с замером длины спускаемых в скважину труб, наращивают хвостовик 1 до необходимой длины.

Затем на устье скважины (не показано) на верхнюю обсадную трубу хвостовика 1 наворачивают муфту 19 с левой резьбой 20 и устанавливают собранную конструкцию на элеватор. Далее в собранную конструкцию спускают с замером длины внутренний корпус 2, состоящий из колонны труб, при этом клапан 6 устанавливают в составе внутреннего корпуса 2 на 4-5 метров выше седла 7, установленного на внутренней поверхности наружного корпуса 3, при этом нижняя кромка внутреннего корпуса 2 должна находиться не менее 6 метров выше нижней кромки наружного корпуса 3. После наращивания внутреннего корпуса 2 сверху в него устанавливают шлицы 5, которые затем состыковывают с пазами 22 переводника 21 замкового механизма 23, выполненного в виде втулки 24, которая в исходном положении зафиксирована относительно внутреннего корпуса 2 срезным винтом 25 и взаимодействует сверху с переводником 21. Далее вворачивают переводник 21 в левую резьбу 20 муфты 19.

Снимают с устья скважины элеватор и с помощью колонны насосно-компрессорных труб (НКТ) (не показано) спускают устройство до упора на забой скважины или предварительно установленный цементный мост, выполняющий роль опоры (не показано).

Затем отворачивают переводник 21 замкового механизма 23, а следовательно, и соединенный с ним внутренний корпус 2 с левой резьбы 20 муфты 19 наружного корпуса 3, путем вращением колонны НКТ по часовой стрелке с устья скважины. Вращение на переводник 21 передается посредством шлицов 5, установленных во внутреннем корпусе 2 и пазах 22 переводника 21, при этом нижняя часть наружного корпуса 3 благодаря разгрузке устройства на забой скважины или цементный мост фиксирует наружный корпус 3 и хвостовик 1 от проворота.

Для того чтобы убедиться в том, что переводник 21 отсоединился от муфты 19, приподнимают внутренний корпус 2, соединенный посредством замкового механизма 23 с колонной НКТ, вверх на 1-3 метра, об этом свидетельствует падение нагрузки на индикаторе веса (потеря веса хвостовика 1 и наружного корпуса 3), установленного на устье скважины (не показано).

Затем начинают опускать колонну НКТ, соединенную посредством замкового механизма 23 с внутренним корпусом 2, вниз. В определенный момент замковый механизм 23 своим переводником 21 вступает во взаимодействие с левой резьбой 20 муфты 19. После чего разгружают колонну НКТ на переводник 21 замкового механизма 23, достигнув расчетной нагрузки, при этом разрушается срезной винт 25 втулки 24. В результате этого внутренний корпус 2, соединенный с колонной НКТ, опускается вниз, а замковый механизм 23 остается на месте, при этом втулка 24 остается во взаимодействии с переводником 21. Спуск внутреннего корпуса 2, соединенного с колонной НКТ, продолжают до тех пор, пока клапан 6, установленный в составе внутреннего корпуса 2, герметично не сядет на седло 7 наружного корпуса 3 (разгружают колонну НКТ с внутренним корпусом 2 и клапаном 6 на седло 7 наружного корпуса 3 примерно на 10-20 кН). Далее закачивают в колонну НКТ расчетный объем цементного раствора и продавливают его с помощью жидкости продавки через окна 4 наружного корпуса 3 в наружное пространство (не показано). При этом расчетный объем цементного раствора, продавленный в наружное пространство, поднимается вверх между хвостовиком 1 и внутренней стенкой скважины (не показано) до тех пор, пока не достигнет муфты 19.

После этого вновь разгружают колонну НКТ с соединенным с ней внутренним корпусом 2 и клапаном 6 на седло 7 наружного корпуса 3. При расчетной нагрузке срезается разрушаемый элемент 8 и седло 7 под действием веса колонны НКТ и внутреннего корпуса 2, передающегося на него сверху посредством клапана 6, опускается вниз.

Так как седло 7 соединено посредством пальцев 9, вставленных с возможностью ограниченного осевого перемещения в осевые пазы 10 наружного корпуса 3 с расширяющим конусом 14, то последний также опускается вниз.

Расширяющий конус 14 при перемещении вниз дорнирует гильзу 13, которой армирован изнутри пакер 11. Поскольку гильза 13 выполнена с продольными рассечениями сверху вниз, то она расширяется в радиальном направлении и начинает запакеровывать эластичный рукав 12 пакера 11, который начинает прижиматься к внутренней стенке скважины.

Процесс запакеровки продолжается до тех пор, пока о нижнюю кромку осевых пазов 10 наружного корпуса 3 не разрушатся пальцы 9, при этом разрезное пружинное кольцо 15, установленное во внутренней проточке 16 расширяющего конуса 14, зафиксируется в зубчатых насечках 17 наружного корпуса 3, а пакер 11 герметично отсечет межколонное пространство скважины (не показано). Седло 7 падает вниз и впоследствии может быть разбурено, поскольку оно выполнено из легкоразбуриваемого материала, например чугуна.

Наличие пакера исключает обратное движение цементного раствора за счет веса столба цементного раствора. Далее прямой или обратной промывкой вымывают излишки цементного раствора из внутреннего пространства хвостовика 1 и наружного корпуса 3. После этого полностью извлекают колонну НКТ с соединенным с ней внутренним корпусом 2 из скважины.

Предлагаемое устройство имеет простую конструкцию, позволяющую снизить материальные затраты на изготовление, а повышение надежности его работы связано с исключением шариковых фиксаторов из конструкции устройства и продавочной пробки из технологического процесса, что позволяет произвести цементирование хвостовика независимо от его длины и веса в любом интервале скважины.

1. Устройство для цементирования хвостовика в скважине, включающее телескопически установленные внутренний и наружный корпусы, седло с клапаном, при этом в нижней части наружного корпуса выполнены окна, отличающееся тем, что внутренний корпус выполнен полым, оснащен шлицами и установленным на наружной поверхности клапаном в виде заглушки выше седла, которое зафиксировано на внутренней поверхности наружного корпуса разрушаемым элементом и оснащено пальцами, причем клапан и седло выполнены с возможностью взаимодействия в рабочем положении, при этом наружный корпус, на наружной поверхности которого выполнены осевые пазы под пальцы седла, оснащен дополнительно выше окон пакером в виде эластичного рукава, зафиксированного снизу относительно наружного корпуса и армированного изнутри гильзой, конусом, соединенным с пальцами седла и выполненным с возможностью фиксации относительно наружного корпуса и расширения пакера в рабочем положении, при этом наружный корпус сверху соединен левой резьбой с переводником, на внутренней поверхности которого выполнены снизу пазы, причем в исходном положении внутренний корпус соединен с переводником замковым механизмом, а шлицы внутреннего корпуса состыкованы с пазами переводника.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что замковый механизм выполнен в виде втулки, в исходном положении зафиксированной относительно внутреннего корпуса срезным винтом и взаимодействующей сверху с переводником.