МУФТА СТУПЕНЧАТОГО ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ ОБСАДНОЙ КОЛОННЫ

Предложение найдет применение 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 прижатия подвижной втулки к стенке 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) прижатию к стенке 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;
- излив жидкости из насосно-компрессорных труб (НКТ) при подъеме инструмента из скважины.
Технической задачей полезной модели является создание цементировочной муфты упрощенной конструкции, имеющей низкую металлоемкость и обладающей высокой работоспособностью и повышающей качество цементирования, исключение излива жидкости при подъеме устройства на поверхность.
Техническая задача решается предлагаемой муфтой ступенчатого цементирования обсадной колонны, 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, при этом внутри корпуса расположен шибер, соединенный срезными элементами с опорной втулкой, упирающейся в верхний торец корпуса, причем корпус выполнен с кольцевым уступом, расположенным на внутренней поверхности ниже цементировочных отверстий, выполненным с возможностью
взаимодействия с шибером, при этом корпус внутри снабжен хвостовиком, устанавливаемым в нем с зазором и соединенным сверху с переходником, в нижней части которого под поперечной перегородкой с продольными отверстиями расположен обратный клапан, причем выше перегородки выполнены радиальные каналы, сообщающие внутреннее пространство переходника с межтрубным пространством, кроме того на переходнике телескопически установлена, соединенная с ним срезными элементами ниже радиальных каналов, подвижная втулка, наружный диаметр которой больше внутреннего диаметра шибера, снабженная пружинным стопорным кольцом, размещенным в кольцевой проточке ее внутренней поверхности, переходник в верхней части оснащен муфтой с продольными ребрами и дроссельными каналами и кольцевой проточкой 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. В верхней части корпуса 1 установлен шибер 9, соединенный срезными элементами 10с опорной втулкой 11.
Муфта снабжена хвостовиком 12, соединенным сверху с переходником 13, в нижней части которого под поперечной перегородкой 14 с продольными отверстиями 15 находится обратный клапан 16. Выше перегородки 14 выполнены радиальные каналы 17, ниже которых на наружной поверхности телескопически установлена подвижная втулка 18, соединенная с переходником 13 срезными элементами 19. На внутренней поверхности подвижной втулки 18 в кольцевой проточке 20 установлено пружинное стопорное кольцо 21, а на наружной поверхности переходника 13 выполнена кольцевая проточка 22 под стопорное кольцо 21. Верхняя часть переходника 12 соединена с муфтой 23 с продольными ребрами 24 и дроссельным каналом 25 (диаметром 3-4 мм). Несанкционированные перетоки жидкости исключаются уплотнительными кольцами 26, 27, 28, 29.
Муфта работает следующим образом (все элементы, не являющимися конструктивными элементами муфты, на чертеже показаны условно).
Обсадную колонну 30 с башмаком 31, цементировочным клапаном 32 и стоп - кольцом 33, в составе которой установлена предлагаемая муфта, спускают в скважину до проектной глубины с таким расчетом, чтобы муфта находилась выше продуктивного пласта или зоны поглощения. Затем по обычной технологии закачивают цементный раствор первой ступени с таким расчетом, чтобы муфта была перекрыта раствором на 40-50 м. При окончании цементирования цементировочная пробка 34 садится на стоп-кольцо 33, в колонне 30 резко повышается давление (оно передается в кольцевую полость 5), под воздействием которого срезные элементы 7 разрушаются, и дополнительная втулка 6 поднимается вверх до упора в торец муфты 35. 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 12 (длина хвостовика должна быть такой, чтобы его полый конец находился ниже нижнего торца кожуха-втулки 4 на 50-100 м) с переходником 13 до момента, когда подвижная втулка 18 коснется шибера 9 (индикатором веса на поверхности будет зафиксировано снижение нагрузки), при этом НКТ 36 центрируются в обсадной колонне 30 при помощи продольных ребер 24 муфты 23. Спуск прекращают, инструмент приподнимают на небольшую высоту, герметизируют межколонное пространство устьевым сальником (на фиг. не показан) и через НКТ 36, переходник 13, радиальные каналы 17, отверстия 2 и каналы 8 закачивают расчетный объем цементного раствора второй ступени. Для повышения качества цементирования (при необходимости) осуществляют 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 осталось - 100-150 литров цементного раствора. После этого НКТ 36 доспускают, муфта 18 садится на шибер 9 и под нагрузкой инструмента срезные элементы 10 разрушаются. В случаях, когда веса инструмента для разрушения срезных элементов 10 недостаточно (например: продуктивный
пласт расположен на небольшой глубине или неглубокая скважина), межтрубное пространство 37 между НКТ 36 и обсадной колонной 30 герметизируют на устье (на черт. не показано) скважины, а в НКТ создают избыточное давление, которое, передаваясь через дроссельные каналы 25 муфты 23 в межтрубное пространство 37, дополнительно воздействует сверху на шибер 9 до разрушения срезных элементов 10, что определяется по манометру на устье скважины (на черт. не показан). После этого межтрубное пространство 37 разгерметизируют. Под действием инструмента шибер 9 опускается вниз до упора в кольцевой уступ 38, перекрывая при этом изнутри цементировочные отверстия 2 (шибер 9 в зоне отверстий 2 должен устанавливаться с натягом). Инструмент разгружают дальше, при этом разрушаются срезные элементы 19, а подвижная втулка 18 перемещается вверх, перекрывая радиальные каналы 17, при этом стопорное кольцо 21 входит в кольцевую проточку 22 переходника 13. Давление на устье скважины снижают до нуля, после чего под воздействием перепада давления между межтрубным (кольцевой полостью 5) и заколонным пространствами втулка 6 опускается вниз и герметично перекрывает цементировочные отверстия 2 с наружной стороны корпуса 1 муфты. Далее НКТ 36 приподнимают и обратной промывкой вымывают цементный раствор, оставшийся в них. Затем трубы поднимают на поверхность и скважину оставляют на ОЗЦ. Жидкость из НКТ 36 при подъеме стекает через дроссельный канал 25, исключая излив жидкости на поверхность скважины.
Предлагаемая цементировочная муфта имеет простейшую конструкцию, низкую металлоемкость и обладает высокой работоспособностью и надежной герметизацией. При этом не используется вторая цементировочная пробка, разбуривание которой трудоемкая операция. В скважине, благодаря возможности иметь хвостовик необходимой длины, не образуется цементный стакан, который нужно потом разбуривать. Закачка цементного раствора второй ступени осуществляется через НКТ и, следовательно, не загрязняется внутренняя стенка обсадной колонны цементным раствором. Цементировочная муфта позволяет осуществлять циркуляцию цементного раствора, что существенно повышает качество цементирования. Исключается излив жидкости на поверхность при подъеме оборудования.