УСТРОЙСТВО ДЛЯ МАНЖЕТНОГО ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ СКВАЖИНЫ
DEVICE FOR LIP-TYPE CEMENTING OF WELL

Изобретение относится к области строительства скважин, преимущественно нефтяных и газовых, и может быть использовано при изоляции пластов в скважинах при их креплении.
Известно устройство для скважины, включающее полый корпус с радиальным отверстием, перекрытым полым срезным штифтом, кольцевой уплотнительный узел, помещенный на корпусе, подпружиненную втулку, размещенную в кольцевой полости и взаимодействующую с рабочей втулкой, имеющей фигурный паз на наружной поверхности (см., например, RU 2182957, 04.10.2001).
Недостатком известного устройства является его низкая надежность, в особенности в ответвленных стволах скважин, пробуренных через «окна» в обсадных колоннах, где известные устройства для цементирования практически не работоспособны по причине разрушения уплотнительных узлов.
Техническим результатом изобретения является повышение надежности работы устройства и упрощение его конструкции.
Необходимый технический результат достигается тем, что устройство для манжетного цементирования скважины включает полый корпус и кожух, образующие между собой кольцевую камеру и выполненные, каждый из них, с радиальными отверстиями, кольцевую заслонку, перекрывающую радиальные отверстия кожуха, верхнюю и нижнюю кольцевые уплотнительные манжеты, установленные на корпусе в его нижней части, двухстороннее кольцевое седло, зафиксированное на корпусе срезным элементом, по меньшей мере одним, и установленное между кольцевыми уплотнительными манжетами, гидротолкатель, размещенный в кольцевой камере, втулку с седлом в нижней части и радиальными отверстиями над ним, установленную в корпусе на срезном штифте, по меньшей мере одном, с возможностью гидравлического сообщения, при ее осевом перемещении под действием избыточного давления в скважине, полости корпуса с кольцевой камерой через ее нижние радиальные отверстия и радиальные отверстия корпуса, а также перемещения кольцевой заслонки, при дальнейшем увеличении избыточного давления в скважине, для открытия радиальных отверстий кожуха, при этом обеспечена возможность последовательного взаимодействия гидротолкателя с верхней кольцевой уплотнительной манжетой и кольцевым седлом до перемещения нижней кольцевой уплотнительной манжеты на двухстороннее кольцевое седло и верхнюю кольцевую уплотнительную манжету.
Кроме того:
кольцевая заслонка выполнена с упорами, а втулка выполнена с ответными упорами с возможностью их взаимодействия в крайнем нижнем положении втулки;
устройство снабжено запорной втулкой с посадочным седлом и фиксаторами конечного положения, размещенной в кожухе над кольцевой заслонкой и зафиксированной в этом кожухе на срезном элементе, по меньшей мере одном, с возможностью перекрытия радиальных отверстий кожуха после окончания цементирования;
боковая поверхность кольцевых уплотнительных манжет имеет защиту по их боковой поверхности не менее чем на 50%, а двухстороннее кольцевое седло имеет дополнительную функцию центратора.
На чертеже изображено устройство в общем виде.
Устройство включает полый корпус 1 и кожух 2 в виде патрубков разной длины, соответственно внутреннего и наружного, образующих между собой кольцевую камеру 3. Корпус и кожух, каждый из них, выполнены с радиальными отверстиями соответственно 4 и 5. Внутри кожуха 2 (над патрубком корпуса 1) установлена кольцевая заслонка 6, перекрывающая радиальные отверстия 5 кожуха 2. На корпусе 1, в его нижней части, установлены верхняя 7 и нижняя 8 кольцевые уплотнительные манжеты. Между кольцевыми уплотнительными манжетами 7 и 8 на корпусе установлено двухстороннее кольцевое седло 9. Оно зафиксировано на корпусе 1 срезным элементом 10, по меньшей мере одним. В кольцевой камере 3 размещен гидротолкатель 11. В корпусе 1 на срезном штифте 12, по меньшей мере одном, зафиксирована втулка 13 с седлом 14 в нижней части и радиальными отверстиями 15 над ним. Эта втулка обеспечивает возможность гидравлического сообщения, при ее осевом перемещении от избыточного давления в скважине, полости корпуса 1 с кольцевой полостью 3 через ее радиальные отверстия 15 и радиальные отверстия 4 корпуса 1. Предусмотрена также возможность перемещения кольцевой заслонки 6 для открытия радиальных отверстий 5 кожуха 2 при дальнейшем увеличении избыточного давления в скважине. При этом кольцевая заслонка 6 выполнена с упором 16, а втулка 13 выполнена с ответным упором 17 с возможностью его взаимодействия с упором 16. Устройство может иметь запорную втулку 18 с посадочным седлом 19 и фиксаторами 20, обеспечивающими фиксацию запорной втулки 18 в ее конечном положении. Для этих фиксаторов на внутренней поверхности кожуха 2 выполнены кольцевые проточки 21 и 22. Запорная втулка 18 размещена в кожухе 2 над кольцевой заслонкой 6 и зафиксирована в этом кожухе на срезном элементе 23, по меньшей мере одном, с возможностью перекрытия радиальных отверстий 5 кожуха 2 после окончания цементирования. Кольцевая заслонка 6 зафиксирована в корпусе с помощью срезного элемента 24, по меньшей мере одного. Нижняя часть кожуха 2 может быть выполнена в виде проставочной втулки 25 для удобства монтажа устройства и зафиксирована на корпусе срезным элементом 26. Гидротолкатель 11 выполнен с фиксатором 27 конечного положения кольцевых уплотнительных элементов 7 и 8. Втулка 13 выполнена с разгрузочными отверстиями 28 и кольцевой проточкой 29 в зоне радиальных отверстий 15. Боковая поверхность кольцевых уплотнительных манжет 7 и 8 имеет защиту 30, а двухстороннее кольцевое седло 9 имеет дополнительную функцию центратора. Для этого оно может быть выполнено с наружным диаметром, превышающим наружный диаметр кольцевых уплотнительных манжет 7 и 8 на 3-10%. Для обеспечения необходимой герметичности устройство имеет уплотнения 31. Для соединения с обсадными трубами, подлежащими цементированию по их затрубному пространству, устройство имеет верхний 32 и нижний 33 переводники. Полость корпуса устройства постоянно сообщена с полостью 34 втулки.
Устройство работает следующим образом.
После спуска устройства на заданную глубину производят окончательную промывку скважины и пуск шара или разделительной пробки (на чертеже условно не показаны). Созданием избыточного давления в обсадной колонне и корпусе 1 устройства срезают штифт 12. В результате втулка 13 перемещается вниз до взаимодействия ее упора 17 с упором 16 кольцевой заслонки 6. Жидкость из полости 34 втулки 13 через радиальные отверстия 15 и 4 поступает в кольцевую камеру 3, перемещая гидротолкатель 11, который, в свою очередь, надвигает верхнюю кольцевую уплотнительную манжету 7 на двухстороннее кольцевое седло 9. При дальнейшем перемещении гидротолкателя 11 происходит его взаимодействие с самим двухсторонним кольцевым седлом 9, срез фиксирующего его элемента 10 и наползание нижней кольцевой уплотнительной манжеты 8 на двухстороннее седло 9 и верхнюю кольцевую уплотнительную манжету 7. В результате обеспечена герметизация заколонного пространства обсадной колонны в скважине.
При дальнейшем создании избыточного давления в обсадной колонне осуществляют срез элемента 24, фиксирующего кольцевую заслонку 6. Происходит перемещение этой заслонки вниз и открытие радиальных отверстий 5 кожуха 2 (цементировочных отверстий). После закачки расчетного объема тампонажного раствора в обсадную колонну пускают с устья скважины разделительную пробку (на чертеже условно не показана), которая садится в седло 19. При создании избыточного давления в обсадной колонне происходит срез элемента 23. Запорная втулка 18 перемещается вниз и герметично перекрывает радиальные отверстия 5 кожуха 2. Фиксатор 20 фиксирует запорную втулку 18 в ее конечном положении в кольцевой проточке 22.