Пакер манжетного цементирования
SLEEVE CEMENTING PACKER

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к устройствам для разобщения пластов в скважине, преимущественно для цементирования обсадных колонн в условиях низких градиентов гидроразрыва пластов и наличия в скважине зон, склонных к поглощениям, а также для предупреждения нефтегазопроявлений и межпластовых перетоков.
Использование известных манжетных устройств, в том числе армированных стальными пластинами, невозможно из-за дополнительного давления, необходимого для преодоления складывания манжет пакера при движении жидкости вверх, так как существует риск преждевременного открытия циркуляционных окон и возникновения аварийной ситуации, с оставлением цемента внутри хвостовика.
Известно устройство для манжетного цементирования (патент RU №51393, МПК Е21В 33/13, 33/12, опубл. 10.02.2006, бюл. № 4), содержащее уплотнительную манжету, размещенную в конусообразном упоре с жестко выполненными лепестками, и запорные элементы с целью турбулизации потока лепестки упора выполнены наклонно относительно центральной оси упора, а уплотнительная манжета установлена в упоре свободно с возможностью осевого перемещения вверх в процессе цементирования, причем упор с лепестками выполнен литым, также устройство снабжено ограничительным кольцом от осевого перемещения уплотнительной манжеты вверх.
Недостатками данного устройства являются:
- слабая фиксация манжеты в упоре за счет свободного ее расположения;
- малая площадь прилегания уплотнительной манжеты к породе.
Также известно устройство для разобщения пластов в скважине (патент RU № 2164288, МПК Е21В 33/13, 33/12, опубл. 20.03.2001, бюл. № 8), включающее уплотнительную манжету, размещенную в конусообразном упоре с жесткими лепестками и хвостовиком, снабженным перегородками, на которых размещены скребки для стирания глинистой корки со стенок скважины и получения турбулентного движения тампонажного раствора.
Недостатком известного устройства является неплотное прилегание к стенкам ствола скважины, что может вызвать смешение бурового и цементного растворов вследствие утечки раствора и снизить прочность цементной крепи и качество его цементирования, снижая в целом надежность разобщения пластов.
Наиболее близким к предлагаемому является манжетный разобщитель пласта (патент RU № 2607485, МПК Е21В 33/12, опубл. 10.01.2017, бюл. № 1), включающим корпус в виде центратора обсадной колонны, верхняя цилиндрическая часть которого выполнена удлиненной с внутренней кольцевой проточкой, в которой установлена и закреплена стопорными элементами хвостовая часть манжеты, выполненная в виде цилиндра, при этом промежуток между верхней и нижней частями манжеты выполнен гофрированным в продольном направлении с условным наружным диаметром меньшим, чем диаметр ствола скважины, а в рабочем положении его диаметр больше или равен диаметру ствола скважины.
Недостатками данного устройства являются:
- наличие гофрированных манжет не дает полной гарантии расправления манжеты в рабочем состоянии;
- нижняя часть в виде жесткого центратора затрудняет спуск обсадной колонны в интервалах сужений;
- вероятность нераскрытия манжет за счет прижатия устройства к колонне.
Технической задачей является создание надежного и герметичного устройства над отцепным устройством хвостовика, позволяющего вращать хвостовик в процессе цементирования.
Техническая задача решается пакером манжетного цементирования, включающим спускаемый в скважину на обсадной колонне и закрепляемый на ней стопорными элементами корпус, состоящий из уплотнительной манжеты с верхней и нижней частями.
Новым является то, что нижняя часть уплотнительной манжеты выполнена конусной, при этом в ней выполнено как минимум шесть отверстий, равномерно расположенных по окружности уплотнительной манжеты, оснащенных дросселями, закрепленными в манжете крепежными элементами, с возможностью открытия дросселей при восходящем потоке заколонной жидкости и закрытия при движении заколонной жидкости в обратном направлении, при этом верхняя часть уплотнительной манжеты выполнена с прямым окончанием в форме воронки с внутренней стороны и с наружным диаметром, равным диаметру ствола скважины.
Также новым является то, что дроссели изготовлены из твердой резины или брезента.
На чертеже изображен пакер манжетного цементирования с частичным продольным разрезом.
Пакер манжетного цементирования включает спускаемый в скважину на обсадной колонне 1 (см. чертеж) корпус (на чертеже не показан), который с помощью двух торцевых колец 2 (см. чертеж), соединенных между собой резиновым рукавом 3 закреплен на обсадной колонне 1 стопорными элементами 4 (в резиновый рукав 3 загуммированы торцевые кольца 2). В корпусе пакера манжетного цементирования установлена уплотнительная манжета 5 с верхней и нижней частями. Нижняя часть уплотнительной манжеты 5 выполнена конусной. При этом в нижней конусной части выполнено как минимум шесть отверстий 6, равномерно расположенных по всей окружности уплотнительной манжеты 5. Каждое из как минимум шести отверстий 6 в свою очередь оснащено дросселем 7, закрепленным к манжете крепежными элементами 8 (например, болтами или клепками). При этом дроссели 7 выполнены из твердой резины или брезента.
Дроссели 7 выполнены с возможностью открытия при восходящем потоке заколонной жидкости и закрытия при движении заколонной жидкости в обратном направлении. Верхняя часть уплотнительной манжеты 5 выполнена с прямым окончанием в форме воронки с внутренней стороны и с наружным диаметром равным диаметру ствола скважины.
Пакер манжетного цементирования работает следующим образом.
Пакер манжетного цементирования устанавливается на голове хвостовика (на чертеже не показан) непосредственно ниже отцепного устройства (на чертеже  не показан), позволяющего вращать хвостовик при цементировании. Перед спуском в скважину на обсадной колонне 1 (см. чертеж) с помощью стопорных элементов 4 закрепляют торцевые кольца 2. Выше и ниже пакера манжетного цементирования на расстоянии 0,5-1 м устанавливают центраторы (на чертеже не показаны), выполняющие защитную роль за счет центрирования обсадной колонны 1 (см. чертеж) на данном участке относительно необсаженных стенок ствола скважины (или внутри предыдущей обсадной колонны относительно внутренних стенок предыдущей обсадной колонны), тем самым предохраняя уплотнительную манжету 5 пакера манжетного цементирования от возможного разрушения в процессе спуска в скважину. Пакер манжетного цементирования спускают в скважину на обсадной колонне 1 до места установки.
В процессе спуска хвостовика восходящий поток промывочной жидкости проходит сквозь отверстия 6 в уплотнительной манжете 5 (см. чертеж), открывая дроссели 7. Далее с помощью цементировочных агрегатов расчетный объем цементного раствора закачивают в заколонное пространство скважины. После заполнения заколонного пространства тампонажным раствором и остановки процесса цементирования под действием гидростатического давления столба цементного раствора дроссели 7 закрываются, тем самым закрывают отверстия 6. При этом задерживается движение цементного раствора вниз, уплотнительная манжета 5 расправляется в радиальном направлении и плотно прижимается к стенкам скважины. Таким образом, значительно снижается воздействие гидростатического столба цементного раствора на нижнюю часть цементного столба под пакером манжетного цементирования. Цементный столб над пакером манжетного цементирования после окончания цементирования плотно садится внутри уплотнительной манжеты 5 пакера манжетного цементирования, перекрывая дроссельный канал, и создает плотную пачку цемента с уплотнительной манжетой устройства, качественно герметизируя голову хвостовика.
Таким образом использование предлагаемого пакера манжетного цементирования позволяет надежно загерметизировать головную часть хвостовика после его цементирования, гарантированно использовать его на голове хвостовика с отцепным устройством для вращения, имеющим циркуляционные отверстия, открывающиеся при определенном давлении.