УПРАВЛЯЮЩАЯ МУФТА ДЛЯ ПОТАЙНЫХ КОЛОНН

Полезная модель относится нефтегазодобывающей промышленности, и может быть использована при креплении потайных колонн в основных и вторых стволах скважин, с целью создания необходимых гидродинамических условий на элементы технологической оснастки обсадных колонн различного назначения, например, умеренным при относительно низких давлениях опрессовки скважинных фильтров, давлением, а также сообщения трубного и кольцевого пространства, для промывки технологической жидкостью или буровым раствором, с последующей герметизацией трубного пространства для проведения работ большим давлением с элементами технологической оснастки на спускаемой колонне.
Известно устройство для цементирования скважин (патент РФ №2367773, МПК Е21В 33/14, опубл. 20.09.2009), содержащее ствол с технологическими и циркуляционными отверстиями и осевым каналом, в котором установлены, с возможностью осевого перемещения, продавочная пробка с наконечником и стопорная втулка, при этом, стопорная втулка, размещенная на уровне технологических отверстий, а после осевого перемещения, на уровне циркуляционных отверстий, снабжена, расположенным на ее верхнем торце, седлом с диаметром, равным диаметру наконечника продавочной пробки, в седле стопорной втулки установлен стопор, на нижнем торце стопорной втулки выполнены выточки, а в стволе установлены ограничители.
Недостатком устройства является достаточно сложная конструкция для решения вопроса об открытии и закрытии циркуляционных отверстий.
Наиболее близким к данному техническому решению является муфта для двухступенчатого цементирования скважин (патент РФ №89597, МПК Е21В 33/14, опубл. 10.12.2009), включающая корпус и подвижную втулку, выполненные с заливочными отверстиями, при этом корпус с втулкой образуют винтовую пару, втулка снабжена буртом, а в корпусе имеется расточка, диаметр которой больше диаметра бурта втулки, при этом винтовая пара выполнена с левой резьбой, а между буртом и корпусом в осевом направлении расположен уплотнительный элемент.
Недостатком устройства является то, что его конструкция не может быть использована в наклонно направленных и горизонтальных скважинах, т.к. при спуске колонн в этих скважинах проворот и расхаживание необходимы, что приведет к отказу устройств подобного типа.
Задачей предлагаемого технического решения является создание управляющей муфты для возможности создания необходимого давления, например, при относительно низких давлениях опрессовки скважинных фильтров, в трубном пространстве в несколько этапов.
Поставленная задача решается тем, что в корпусе установлен клапанный узел, в котором и выполнены циркуляционные отверстия, а в верхней части закрывающей втулки установлен золотник с ограничителем хода с выточками и коническим осевым каналом, на внутренней поверхности которого выполнены зубчатые проточки и который расположен своим большим основанием в верхней плоскости золотника, причем в верхней и нижней части закрывающей втулки выполнены выточки, при этом муфта содержит нижний переводник с выточками, выполненными с возможностью жесткого сцепления с выточками закрывающей втулки.
Размещение клапанного узла с циркуляционными отверстиями в нижней части корпуса и закрывающей втулки и золотника, например, из алюминиевого сплава, с ограничителем хода, в осевом канале и фиксация закрывающей втулки на уровне циркуляционных отверстий, после осевого перемещения, позволяет быстро и надежно герметизировать трубное пространство несущей и спускаемой колонны от кольцевого пространства муфты до устья колонны.
Снабжение верхнего торца золотника коническим осевым каналом, диаметр которого больше диаметра шара, а в нижнем торце меньше его диаметра, позволяет произвести герметизацию и заклинивание шара в конической поверхности близкой к цилиндру и разобщить трубное пространство спускаемой колонны на две полости, для управления работой с элементами технологической оснастки, установленными в нижней и верхней части потайной колонны.
Выполнение на верхнем торце закрывающей втулки выточек, которые входят в зацепление с выточками на буртике золотника и в нижнем торце закрывающей втулки выточек, которые после осевого перемещения втулки входят в зацепление с выточками на торце нижнего переводника, позволяют исключить вращение закрывающей втулки и золотника во время разбуривания последнего.
Конструкция управляющей муфты поясняется следующими чертежами,
где:
- на фиг. 1 изображена муфта до срабатывания;
- на фиг. 2 изображена муфта во время промывки скважины и спущенной колонны;
- на фиг. 3 изображена муфта после срабатывания.
Устройство состоит из корпуса 1 с резьбой, закрывающей втулки 2 с уплотнительными кольцами 3 и 4, золотника 5 с ограничителем хода в виде буртика с проточками и коническим осевым каналом, диаметр которого на верхнем торце больше диаметра шара 7, а на нижнем торце меньше его диаметра, со стопорными проточками 6, удерживающими шар 7 от обратного перемещения и нижнего переводника 8. Закрывающая втулка 2 зафиксирована в корпусе срезными винтами 9 и стопорным кольцом 10. В корпусе 1 выполнен клапанный узел, содержащий корпус клапана 11 в виде кольцевой втулки с уплотнительными кольцами 14, 15, закрепленной на срезных штифтах 12, и циркуляционные отверстия 13. На верхнем и нижнем торце закрывающей втулки 2 выполнены выточки для сцепления с выточками на ограничителе хода золотника и торце нижнего переводника 8 с целью предотвращения проворота золотника при последующем разбуривании.
Управляющая муфта работает следующим образом.
Муфта соединяется в технологически необходимом интервале со спускаемой колонной резьбой на корпусе 1 и нижним переводником 8 с резьбой под спускаемую колонну, и устанавливается в эксплуатационной колонне или стволе скважины. Клапанный узел управляющей муфты подготавливают перед спуском в скважину, для чего выбирают материал и диаметр срезных штифтов 12, устанавливают их и определяют точное избыточное давление для срезки штифтов 12. Клапанным узлом обеспечивают сообщение трубного и кольцевого пространства в необходимый момент времени для промывки технологической жидкостью или буровым раствором и последующей герметизацией трубного пространства для проведения дальнейших работ с элементами технологической оснастки на спускаемой колонне выше муфты. После спуска и установки устройства в необходимый интервал колонны или стволе скважины, со спущенной колонной проводятся необходимые технологические операции по герметизации башмака в спускаемой колонне, ее подвески на клиньях, приведение в действие элементов оснастки, установленных ниже муфты. Далее повышают давление до величины срезки штифтов 12, воздействуя через канавку 16 на торец клапана 11, срезаются штифты 12 и открываются циркуляционные отверстия 13 для промывки скважины и спущенной колонны. Затем в колонну вводят легкоразбуриваемый шар 7, и закачкой раствора продавливают шар до золотника 5 с ограничителем хода. Шар 7 контактирует с коническим осевым каналом золотника 5, при повышении давления и срезке винтов 9 втулка закрывающая 2, по внутренней поверхности корпуса, перемещается вниз, перекрывая циркуляционные отверстия 13 клапанного узла и фиксируется от обратного хода стопорным кольцом 10, а боковые стопорные проточки 6 на конусообразном центральном отверстии золотника, удерживают шар от перемещения. Давление в спускаемой колонне поднимают на необходимую величину для управления работой элементами технологической оснастки колонны, при этом не повреждая фильтр и ниженаходящиеся элементы технологической оснастки, установленными над муфтой. Затем снижают до гидростатического и после затвердевания цемента разбуривают золотник 5 с шаром в коническом отверстии, проворот которого исключен за счет взаимодействия с ограничителем хода золотника и торце переводника 8 с выточками на закрывающей втулке 2.
Техническим результатом является двухэтапное приведение в действие всех элементов технологической оснастки спускаемой колонны, на первом этапе с обеспечением защиты нижнего участка спускаемой колонны от давления выше допустимого, например, при ограниченных давлениях опрессовки скважинных фильтров, использования отрегулированного давления в трубном пространстве, для открытия циркуляционных отверстий, воздействуя на оснастку, например пакеров, от башмака спускаемой колонны до муфты, после промывки и герметизации трубного пространства, за счет размещения в осевом канале закрывающей втулки с разбуриваемым золотником и коническим осевым каналом, диаметр которого на верхнем торце выше диаметра шара, а на нижнем торце меньше диаметра шара, а после ее осевого перемещения, на уровне циркуляционных отверстий с их герметизацией и на втором этапе, создание высокого давления для воздействия на технологическую оснастку от муфты до «головы» колонны.