Устройство для цементирования хвостовика в скважине

Устройство для цементирования хвостовика в скважине

Реферат

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к строительству и ремонту скважин с использованием цементируемых хвостовиков значительной длины и найдет преимущественное применение в скважинах с горизонтальным забоем.

Известно устройство для цементирования хвостовика в скважине, включающее хвостовик со спущенной в него колонной НКТ (насосно-компрессорные трубы) и разъединитель в виде переводника, соединенный верхней частью с подъемными трубами (патент РФ № 2161241, МПК 7 Е 21 В 33/14, 2000 г.).

Недостатками устройства являются сложность конструкции, большая металлоемкость и трудность изготовления и сборки, а так же сложность технологического процесса его применения.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для цементирования хвостовика в скважине, включающее хвостовик со спущенной в него колонной НКТ ограниченной длины, разъединитель, снабженный наружной левой резьбой для соединения через муфту с верхним концом хвостовика, башмак с проходным каналом и муфтой. (Патент РФ на полезную модель №44348, МПК 7 Е 21 В 33/14, 2005 г.).

Недостатками устройства являются:

- невозможность цементирования хвостовика в скважинах с горизонтальным забоем;

- при цементировании изолируется и продуктивный пласт, что снижает его коллекторские свойства и вызывает необходимость вторичного вскрытия;

- сложность конструкции;

- невозможность дальнейшего углубления скважины, обусловленная наличием в конструкции клапанов (каленые детали).

Задачей изобретения является разработка устройства упрощенной конструкции с расширенными функциональными возможностями и не влияющим отрицательно при цементировании на коллекторские свойства продуктивных пластов.

Указанная задача решается предлагаемым устройством для цементирования хвостовика в скважине, включающим хвостовик со спущенной в него колонной НКТ ограниченной длины, разъединитель, снабженный наружной левой резьбой для соединения через муфту с верхним концом хвостовика, башмак с проходным каналом и муфтой.

Новым является то, что устройство снабжено пакерующим узлом, состоящим из корпуса с одетой на него цилиндрической эластичной манжетой с кольцевыми наружными и внутренними канавками, опирающейся снизу на жестко установленную втулку и контактирующую сверху с подвижной втулкой, взаимодействующей с защитной втулкой, между торцами которых установлено пружинное стопорное кольцо с насечками, а на корпусе для них выполнены насечки противоположного направления; защитная втулка снабжена срезными винтами, расположенными в продольных пазах корпуса, соединенными другими концами меньшего диаметра с управляющей втулкой, установленной внутри корпуса, соединенной с ним срезными элементами и выполненной с цилиндрической выборкой на концевом участке с внутренней стороны; верхняя часть корпуса снабжена радиальными каналами, перекрытыми с наружной стороны эластичным клапаном - рукавом, жестко закрепленным в нижней части; по концам корпус соединен с муфтами с уплотнительными кольцами изнутри и пластинчатыми центраторами снаружи, причем верхняя муфта соединена с хвостовиком, а нижняя, выполненная с кольцевым уступом изнутри, соединена с перфорированным участком хвостовика, а последний - с башмаком, между торцами которых установлена уплотнительная втулка; колонна НКТ ограниченной длины с наконечником на конце в средней части снабжена заливочным узлом, состоящим из патрубка с цилиндрической выборкой снаружи, в которой установлены пружинное стопорное кольцо и набор манжет, поджатых сверху заливочным корпусом с радиальными каналами, в исходном положении перекрытыми подвижным клапаном в виде стакана, соединенным с заливочным корпусом срезными элементами и снабженным выступающим во внутрь эластичным кольцом; верхняя часть колонны НКТ ограниченной длины соединена с переводником со шпонками на наружной поверхности, установленным внутри разъединителя, имеющим проточки под шпонки, выше которого на переводнике размещена стопорная втулка, связанная с последним срезными винтами.

Новым также является то, что наружные и внутренние кольцевые канавки цилиндрической эластичной манжеты находятся друг относительно друга в шахматном порядке.

Новым также является то, что наружный диаметр верхней части заливочного корпуса равен внутреннему диаметру верхней муфты, наружный диаметр управляющей втулки равен внутреннему диаметру нижней муфты на участке расположения уплотнительных колец, а наружный диаметр манжет заливочного узла равен внутреннему диаметру управляющей втулки.

Новым также является то, что наружная поверхность пружинного стопорного кольца в заливочном узле выполнена по сфере.

На чертеже изображено предлагаемое устройство в продольном разрезе.

Оно состоит из хвостовика 1, собранного из труб необходимой длины. Муфтой 2 с резьбой левого направления хвостовик сверху соединен с разъединителем 3, а снизу - с верхней муфтой 4, снабженной изнутри уплотнительными кольцами 5, а снаружи - пластинчатыми центраторами 6. Верхняя муфта 4 соединена с пакерующим узлом, состоящим из корпуса 7 с радиальными каналами 8 вверху и продольными пазами 9. На корпус 7 одета цилиндрическая эластичная манжета 10 с кольцевыми наружными и внутренними канавками, расположенными друг относительно друга в шахматном порядке. Манжета 10 сверху упирается в верхнюю подвижную втулку 11, а последняя, в свою очередь, - в защитную втулку 12, между торцами которых установлено пружинное стопорное кольцо 13 с насечками, а на корпусе 7 для них выполнены насечки противоположного направления. Защитная втулка 12 с помощью срезных винтов 14, установленных в продольных пазах 9 корпуса 7, соединена с управляющей втулкой 15, снабженной цилиндрической выборкой 16 изнутри в нижней части и соединенной с корпусом 7 срезными элементами 16а. Выше защитной втулки 12 установлен эластичный клапан-рукав 17, жестко закрепленный снизу и перекрывающий радиальные каналы 8. Снизу манжета 10 опирается на неподвижную опорную втулку 18. Корпус 7 в нижней части соединен с нижней муфтой 19, имеющей изнутри кольцевой уступ 20 и уплотнительные кольца 21, а снаружи - пластинчатые центраторы 22. Нижняя муфта 19 через перфорированный участок 23 хвостовика 1, муфту 24, соединена с башмаком 25. В муфте 24 между перфорированным участком хвостовика 23 и башмаком 25 установлена уплотнительная втулка 26.

Внутри хвостовика находится колонна НКТ 27 ограниченной длины с наконечником 28 на конце и заливочным узлом в средней части, состоящим из патрубка 29 с цилиндрической выборкой 30, в которой установлены пружинное стопорное кольцо 31 и набор манжет 32, поджатых сверху заливочным корпусом 33, снабженным радиальными каналами 34, в исходном положении перекрытыми подвижным клапаном 35, соединенным с заливочным корпусом 33 срезными элементами 36 и имеющим внутри эластичное кольцо 37, выступающее вовнутрь, и седло 38. Верхняя часть колонны НКТ 27 соединена с переводником 39 со шпонками 40 на наружной поверхности, установленным внутри разъединителя 3, снабженного проточками под шпонки 40. Над разъединителем 3 размещена стопорная втулка 41, соединенная с переводником 39 срезными винтами 42. Сопрягаемые детали устройства снабжены уплотнительными кольцами 43.

Работает устройство следующим образом.

Его в собранном виде на подъемных трубах (на чертеже не показано) спускают в скважину, периодически делая промывку до упора в забой (длины башмака 25 и перфорированной части хвостовика 23 берутся с таким расчетом, чтобы пакерующий узел находился выше продуктивного пласта). После чего подъемные трубы вращают вправо, разъединитель 3 отсоединяется от муфты 2 хвостовика 1. Это происходит благодаря левой резьбе, соединяющей муфту 2 и разъединитель 3 и шпоночному соединению между ним и переводником 39. Разгружают полностью инструмент, в результате чего разрушаются срезные винты 42, а колонна НКТ 27 опускается вниз до момента, когда заливочный корпус 33 упрется в управляющую втулку 15. Разрушаются срезные элементы 16а, НКТ продолжают двигаться вниз вместе с защитной втулкой 12 и верхней подвижной втулкой 11, сжимая и гофрируя цилиндрическую эластичную манжету 10. В конце запакеровки разрушаются срезные винты 14, а стопорное кольцо 13 фиксирует эластичную манжету 10. НКТ 27 продолжают двигаться вниз до упора управляющей втулки 15 в кольцевой выступ 20. Разгрузка инструмента закончена. В конце разгрузки цилиндрическая поверхность 44 заливочного корпуса 33 находится в зоне уплотнительных колец 5, управляющая втулка 15 - в зоне уплотнительных колец 21, а манжеты 32 находятся внутри управляющей втулки 15. Стопорное кольцо 31 располагается в цилиндрической выборке 16.

После этого определяют герметичность пакерующего узла, для чего создают избыточное давление в затрубном пространстве. Если отсутствует циркуляция, во внутрь НКТ 27 бросают шар, который входит в клапан 35 и садится на седло 38. Внутри НКТ создают избыточное давление, благодаря чему срезные элементы 36 разрушаются, а клапан 35 опускается вниз, открывая радиальные каналы 34 в заливочном корпусе 33. Осуществляют промывку, а затем закачивают необходимый объем цементного раствора за хвостовик с расчетом оставления 100-150 л внутри НКТ. Затем, не снижая давления, приподнимают инструмент, благодаря чему управляющая втулка 15 также поднимается вверх, так как ее удерживает стопорное кольцо 31, до упора 45 и перекрывает радиальные каналы 8 с внутренней стороны. С внешней стороны каналы 8 перекрываются эластичным клапаном - рукавом 17. Создается двойное уплотнение. Под натяжкой инструмента стопорное кольцо 31 проскакивает выступ 46 цилиндрической выборки 16. Инструмент приподнимают еще на 2-3 м и прямой или обратной промывкой удаляют излишки цементного раствора из НКТ и поднимают инструмент с НКТ на поверхность. В дальнейшем, при необходимости, управляющую втулку 15 можно разбурить, также как и уплотнительную втулку 26, они изготовлены из легкоразбуриваемого материала. После ОЗЦ (ожидание затвердевания цемента) проводят необходимый комплекс работ и скважину сдают в эксплуатацию.

Предлагаемое устройство проще по конструкции, чем известное. Его с успехом можно использовать в горизонтальных скважинах, причем при запакеровке можно создавать любые нагрузки. При цементировании хвостовика ствол скважины напротив продуктивных пластов остается открытым, что исключает ухудшение их колекторских свойств.

1. Устройство для цементирования хвостовика в скважине, включающее хвостовик со спущенной в него колонной насосно-компрессорных труб НКТ ограниченной длины, разъединитель, снабженный наружной левой резьбой для соединения через муфту с верхним концом хвостовика, башмак с проходным каналом и муфтой, отличающееся тем, что оно снабжено пакерующим узлом, состоящим из корпуса с одетой на него цилиндрической эластичной манжетой с кольцевыми наружными и внутренними канавками, опирающейся снизу на жестко установленную втулку и контактирующей сверху с подвижной втулкой, взаимодействующей с защитной втулкой, между торцами которых установлено пружинное стопорное кольцо с насечками, а на корпусе для них выполнены насечки противоположного направления; защитная втулка снабжена срезными винтами, расположенными в продольных пазах корпуса, соединенными другими концами меньшего диаметра с управляющей втулкой, установленной внутри корпуса, соединенной с ним срезными элементами и выполненной с цилиндрической выборкой на концевом участке с внутренней стороны; верхняя часть корпуса снабжена радиальными каналами, перекрытыми с наружной стороны эластичным клапаном - рукавом, жестко закрепленным в нижней части; по концам корпус соединен с муфтами с уплотнительными кольцами изнутри и пластинчатыми центраторами снаружи, причем верхняя муфта соединена с хвостовиком, а нижняя, выполненная с кольцевым уступом изнутри, соединена с перфорированным участком хвостовика, а последний - с башмаком, между торцами которых установлена уплотнительная втулка; колонна НКТ ограниченной длины с наконечником на конце в средней части снабжена заливочным узлом, состоящим из патрубка с цилиндрической выборкой снаружи, в которой установлены пружинное стопорное кольцо и набор манжет, поджатых сверху заливочным корпусом с радиальными каналами, в исходном положении перекрытыми подвижным клапаном в виде стакана, соединенным с заливочным корпусом срезными элементами и снабженным выступающим во внутрь эластичным кольцом; верхняя часть колонны НКТ ограниченной длины соединена с переводником со шпонками на наружной поверхности, установленным внутри разъединителя, имеющим проточки под шпонки, выше которого на переводнике размещена стопорная втулка, связанная с последним срезными винтами.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что наружные и внутренние кольцевые канавки цилиндрической эластичной манжеты находятся относительно друг друга в шахматном порядке.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что наружный диаметр верхней части заливочного корпуса равен внутреннему диаметру верхней муфты, наружный диаметр управляющей втулки равен внутреннему диаметру нижней муфты на участке расположения уплотнительных колец, а наружный диаметр манжет заливочного узла равен внутреннему диаметру управляющей втулки.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что наружная поверхность пружинного стопорного кольца в заливочном узле выполнена по сфере.