Устройство для цементирования скважины

Устройство для цементирования скважины

Реферат

Настоящее изобретение относится к строительству и эксплуатации нефтяных и газовых скважин и, в частности, к оснастке обсадных колонн для цементирования скважины.

Известно устройство для цементирования скважины, включающее корпус с отверстиями и манжету, установленную на наружной поверхности корпуса с механизмом ее привода в рабочее положение (см., например, SU 740935, 15.06.1980).

Недостатком известного устройства является низкая надежность его работы из-за частых отказов механизма привода манжеты в рабочее положение. Кроме того, с данным устройством сложно «отследить» профиль поперечного сечения скважины и надежно его перекрыть. Сложный профиль поперечного сечения обусловлен наличием каверн, желобов, образующихся в процессе бурения и спуско-подъемных операций в процессе строительства наклонно-направленных скважин.

Известно также устройство для цементирования скважины, включающее корпус, патрубок с входными и выходными циркуляционными отверстиями, помещенный снаружи корпуса и образующий с ним кольцевую полость, и герметизирующий узел, установленный на наружной поверхности патрубка между входными и выходными циркуляционными отверстиями (см., например, RU 2163657, 27.02.2001).

Недостаток указанного устройства заключается в жесткости его конструкции, кроме того, герметизирующий узел устройства в процессе спуска его в скважину перекрывает затрубное пространство и создает дополнительное гидравлическое сопротивление, что приводит к сальникообразованию и затрудняет спуск устройства, а также увеличивает давление при промывке скважины и тем самым повышает вероятность гидроразрыва пластов. Кроме того, герметизирующий узел, перекрывая затрубное пространство в процессе спуска в скважину, сам подвержен значительным нагрузкам и деформациям, что резко снижает эксплуатационные показатели устройства. В рабочем положении устройство не обеспечивает надежного перекрытия затрубного пространства скважины, что не препятствует расслоению цементного раствора по высоте его столба в скважине в процессе схватывания. В результате необходимое качество цементирования кольцевого - затрубного пространства скважины не обеспечивается.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности работы устройства и более высокой степени перекрытия кольцевого пространства скважины в зоне устройства для управления седиментационными явлениями в процессе схватывания цементного раствора.

Необходимый технический результат достигается тем, что устройство для цементирования скважины включает полый корпус, с радиальными отверстиями, полые разрушаемые штифты, помещенные в радиальных отверстиях, цементировочную корзину с пружинными лепестками, дифференциальную втулку, помещенную снаружи корпуса над цементировочной корзиной против полых разрушаемых штифтов, поджимающую нижней частью пружинные лепестки по их внешней поверхности к внешней поверхности корпуса и образующую верхней частью с последним герметичную кольцевую полость, при этом устройство выполнено с возможностью сообщения полости корпуса через полости штифтов с кольцевой полостью в рабочем положении устройства, перемещения дифференциальной втулки в крайнее верхнее положение, освобождения пружинных лепестков и последующего осаживания дифференциальной втулки в крайнее нижнее положение для окончательного раскрытия пружинных лепестков.

Сущность изобретения заключается в том, что устройство в транспортном положении имеет минимальные габариты, что не осложняет спуск устройства в скважину, не осложняет ее ствол и не препятствует осуществлению технологических операций в процессе спуска, например, промывке. Пружинные лепестки цементировочной корзины в транспортном положении могут занимать компактное положение. В рабочем положении они расправлены и могут повторять конфигурацию ствола скважины в ее поперечном сечении. При этом за счет осаживания дифференциальной втулки в крайнее нижнее положение и ее взаимодействия с элементами цементировочной корзины повышена надежность раскрытия последних до степени силового взаимодействия со стенкой скважины, что в значительной степени повышает надежность перекрытия кольцевого пространства скважины. В случае выполнения элементов цементировочной корзины раздвижными надежность перекрытия кольцевого пространства скважины может быть еще более повышена. Все это в той или иной степени обеспечивает возможность с помощью данного изобретения создания центра или центров седиментации цементного раствора в затрубном пространстве скважины там, где необходимо наиболее высокое качество цементирования (например, в районе башмака обсадной колонны, в зоне или зонах, опасных по проявлениям газа и/или воды). Без этого устройства в результате седиментационных явлений в цементном растворе максимальная его плотность и качество ожидаются только в нижней части скважины. В верхней и средней частях скважины качество изоляции кольцевого пространства, как правило, резко снижено.

На фиг.1 показан общий вид устройства.

Устройство для цементирования скважины включает полый корпус 1, с радиальными отверстиями 2, полые разрушаемые штифты 3, помещенные в радиальных отверстиях 2. Устройство имеет цементировочную корзину в виде частично перекрывающих друг друга пластин 4 с пружинными лепестками 5, жестко закрепленными в верхней части (например, заклепками, пайкой или электроконтакной сваркой) друг с другом, кольца 6 и обжимной гильзой 7. Пластины 4 закреплены на внутренней поверхности пружинных лепестков 5 и образуют с последними пружинную обечайку. Снаружи корпуса 1 над цементировочной корзиной против полых разрушаемых штифтов 3 размещена дифференциальная втулка 8, поджимающая (заневоливающая) нижней частью пружинные лепестки 5 по их внешней поверхности к внешней поверхности корпуса 1. Дифференциальная втулка 8 образует верхней частью с корпусом 1 герметичную кольцевую полость 9. Устройство выполнено с возможностью сообщения полости корпуса 1 через полости штифтов 3 с кольцевой полостью 9 в рабочем положении устройства, перемещения дифференциальной втулки 8 в крайнее верхнее положение, освобождения пружинных лепестков 5 и последующего осаживания дифференциальной втулки 8 в крайнее нижнее положение для взаимодействия с элементами цементировочной корзины и окончательного раскрытия пружинных лепестков 5. Для обеспечения необходимого взаимодействия дифференциальной втулки 8 с элементами цементировочной корзины (пластинами 4) рассчитывают длину дифференциальной втулки 8, ее ход в крайнее верхнее и нижнее положения, время выдержки устройства под избыточным давлением (не меньшим инерционности срабатывания устройства с расправлением пружинных лепестков), геометрию пружинных лепестков 5.

Кроме того, отмечается, что корпус по внешней поверхности выполнен с кольцевыми проточками 10, 11, 12, в которых посредством обжимного устройства (не показано) жестко установлены кольца 13, 14 и ранее упомянутое кольцо 6 соответственно. Дифференциальная втулка 8 закреплена на корпусе с помощью срезного штифта 15. Пружинные лепестки 5 жестко закреплены на кольце 6 обжимной гильзой 7 и обжимным упором 16. Необходимая герметичность устройства обеспечена уплотнительными кольцами 17.

Данное устройство устанавливают в составе обсадной колонны (условно не показана) в заданных количествах по длине этой колонны в зависимости от поставленной задачи - от того, где необходимо обеспечение наиболее качественного цементирования. Устройство обеспечивает основу для седиментационных явлений в цементном растворе. Равномерное рассредоточение этих устройств по длине обсадной колонны уравновешивает качество изоляции затрубного - кольцевого пространства этой колонны по ее длине. Без этого устройства расслоение цементного раствора проявляется в более явной степени, что ведет к резкому снижению качества цементирования.

Устройство работает следующим образом.

Устройство устанавливают в составе обсадной колонны в заданном интервале или интервалах ствола скважины. В процессе цементирования скважины цементировочная пробка (условно не показана), проходя по внутреннему каналу корпуса 1, разрушает полый штифт 3. После окончания процесса цементирования в обсадной колонне и корпусе повышают давление до заданной величины. Избыточное давление через разрушенный полый штифт 3 передается в кольцевую камеру 9. При этом происходит срез шрифта 15, перемещение дифференциальной втулки 8 в крайнее верхнее положение, освобождение пружинных лепестков 5 с пластинами 4. Избыточное давление выдерживают в течение установленного времени для гарантии срабатывания устройства и перемещения дифференциальной втулки 8 в крайнее верхнее положение. Наличие пружинных лепестков 5 гарантирует в любом случае начальное раскрытие цементировочной корзины. После сбрасывания избыточного давления в корпусе 1 дифференциальная втулка 8 осаживается под действием силы от гидростатического давления столба цементного раствора в затрубном пространстве обсадной колонны в крайнее нижнее положение, взаимодействует с пластинами 4, связанными с пружинными лепестками 5, и уже окончательно с дополнительным силовым воздействием обеспечивает раскрытие пружинных лепестков и прижатие их к стенке скважины. Для этого пружинные лепестки 5 могут быть выполнены с определенной геометрией, обеспечивающей лучшее взаимодействие дифференциальной втулки с элементами пружинной корзины. Отсутствие щелевого зазора между частично перекрывающими друг друга пластинами 4 исключает смещение тампонажного раствора вниз - ниже устройства и таким образом создает более надежную платформу для седиментации твердой фазы тампонажного раствора. На ней самопроизвольно формируется уплотненная цементная перемычка, препятствующая опусканию столба цементного раствора.

Устройство для цементирования скважины, включающее полый корпус с радиальными отверстиями, полые разрушаемые штифты, помещенные в радиальных отверстиях, цементировочную корзину с пружинными лепестками, дифференциальную втулку, помещенную снаружи корпуса над цементировочной корзиной против полых разрушаемых штифтов, поджимающую нижней частью пружинные лепестки по их внешней поверхности к внешней поверхности корпуса и образующую верхней частью с последним герметичную кольцевую полость, при этом устройство выполнено с возможностью сообщения полости корпуса через полости штифтов с кольцевой полостью в рабочем положении устройства, перемещения дифференциальной втулки в крайнее верхнее положение, освобождения пружинных лепестков и последующего осаживания дифференциальной втулки в крайнее нижнее положение для окончательного раскрытия пружинных лепестков.