УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ОБСАДНОЙ КОЛОННЫ

Предложение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно, к строительству и ремонту скважин, обсадные колонны которых пришли в негодность, в связи с чем требуется их полная замена.
Известно устройство для цементирования хвостовика в скважине (а.с. SU № 1819986, МКИ Е 21 В 33/14, 1993г.), включающее верхний и нижний трубчатые корпуса с присоединительньми резьбами, последний из которых снабжен пакерующим элементом, заякоривающий узел, фиксаторы и переводник.
Недостатком устройства является его большая металлоемкость и трудоемкость изготовления и сборки, а также сложность технологического процесса его применения.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство (Патент RU № 2161241, МПК 7 Е 21 В 33/14, 2000г.), содержащее герметизирующий узел, включающий корпус с зубчатыми насечками, пакер, установленный на корпусе и состоящий из манжеты, верхнего упора, соединенного с переводником срезным элементом, нижнего упора и обратный клапан, заливочный узел, включающий корпус с установочной втулкой внутри.
Указанному устройству в той или другой степени присущи все недостатки, отмеченные выше. Кроме того, оно сложное по конструкции, расположение заливочного узла внутри герметизирующего резко уменьшает проходное сечение устройства, а использование замковой конической резьбы не позволяет обеспечить герметичное соединение между насосно-компрессорньми трубами (НКТ) и устройством.
Вызывает сомнение также надежность работы подпружиненного поршня. Дело в том, что при выходе его из цилиндра, уплотнительные кольца выдавливаются из канавок и при последующем его возвращении в исходное положение, он не обеспечивает необходимой герметичности. Кроме того, применение продавочной пробки не гарантирует подъем расчетного объема цементного раствора до устья.
Задачей полезной модели является создание устройства более простой конструкции, минимально сужающее проходное сечение ствола скважины, простого в изготовлении и применении и более надежного в части обеспечения герметизации.
Поставленная задача решается предлагаемым устройством, содержащим герметизирующий узел, включающий корпус, пакер, установленный на корпусе и состоящий из манжеты и обратный клапан, заливочный узел, включающий корпус с установочной втулкой внутри.
Новым является то, что корпусы герметизирующего и заливочного узлов соединены между собой по длине посредством патрубка, внутри которого установлена уплотнительная втулка прикрепленная к ней срезными элементами, а корпус герметизирующего узла сверху и снизу снабжен расширениями, при этом в нижнее расширение установлен обратный клапан, пропускающий снизу вверх, основание которого прикреплено к корпусу герметизирующего узла срезными элементами, а в верхнее расширение корпуса вставлен расширяющий конус с углом при вершине, достаточным для плотного прижатия патрубка к стенкам обсадной колонны, и с диаметром основания, меньшим внутреннего диаметра патрубка в рабочем положении и имеющий отверстие с седлом под сбрасываемый с устья клапан, при этом к расширяющему конусу жестко прикреплена самоуплотняющееся сверху вниз уплотнение, причем корпус герметизирующего узла более пластичен чем трубы дополнительной обсадной колонны, при этом заливочный узел снабжен сбивными клапанами, установленными в корпусе, а установочная втулка его выполнена с кольцевым наружным пазом под стопорное кольцо на корпусе, снабжен также опорной втулкой, расположенной внутри установочной втулки и соединенной срезными элементами с установочной втулкой и наконечником корпуса.
Новым является также то, что сбивные клапаны установлены с возможностью взаимодействия с ниппелем, установленным на нижнем конце насосно-компрессорных труб, а внутренние диаметры опорной и уплотнительной втулок выбраны под наружный диаметр нижней цилиндрической части ниппеля, причем опорная втулка выполнена с конусным уступом в верхней части для взаимодействия с конусным уступом ниппеля.
Новым является также то, что корпус герметизирующего узла между верхними и нижними расширениями оснащен продольными гофрами.
Новым является также то, что расширяющий конус, основание обратного клапана, опорная и уплотнительная втулки выполнены из легко разбуриваемых материалов.
Анализ известных аналогичных решений позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков сходных с отличительными признаками в заявленном устройстве, т.е. о соответствии заявляемого решения критериям «новизна» и «промышленное применимость».
На фиг.1 изображен продольный разрез герметизирующего узла устройства.
На фиг.2- изображен продольный разрез заливочного узла устройства с введенным во внутрь ниппелем на НКТ.
На фиг.3 изображен поперечный разрез А-А герметизирующего узла устройства.
На фиг.4 изображен продольный разрез герметизирующего узла устройства в процессе запакеровки.
Предлагаемое устройство включает в себя два узла: герметизирующий 1 и заливочный 2.
Герметизирующий узел 1 (см. Фиг.1) состоит из патрубка 3, расширяющего конуса 4 с углом 5 (см. Фиг.4) при вершине, достаточным для плотного прижатия патрубка 3 к стенкам обсадной колонны 6, и с диаметром основания 7 меньшим внутреннего диаметра 8 патрубка 3 в рабочем положении. Снизу и сверху патрубок 3 снабжен расширениями 9 и 10, при этом в нижнее расширение 9 установлен обратный клапан 11, пропускающий снизу вверх, основание 12 которого герметично прикреплен к патрубку 3 срезными элементами 13. На наружной поверхности 14 парубка 3 расположена эластичная оболочка 15, а в верхнее расширение 10 патрубка 3 вставлен расширяющий конус 4, имеющий отверстие 16с седлом 17 под сбрасываемый с устья клапан 18. К расширяющему конусу 4 жестко прикреплена самоуплотняющаяся сверху вниз манжета 19.
Патрубок 3 между нижними и верхними расширениями 9 и 10 может быть снабжен продольными гофрами 20 (см. Фиг.3) для облегчения расширения патрубка 3. Расширяющий конус 4 (см. Фиг.1) и основание 12 обратного клапана 11 могут быть выполнены из легко разбуриваемых материалов при необходимости дальнейшего разбуривания.
Патрубок 3 более пластичен, чем трубы дополнительной обсадной колонны 21.
Герметизирующий узел 1 посредством патрубка 22 соединен с корпусом 23 заливочного узла 2 (см. Фиг.2), который, в свою очередь, соединен с наконечником 24. Внутри корпуса 23 установлены сбивные клапана 25, установочная втулка 26 с кольцевым наружным пазом 27 под стопорное кольцо 28 на корпусе 23. Внутри установочной втулки 26 расположена опорная втулка 29, которая срезными элементами 30 и 31 соединена соответственно с установочной втулкой 26 и наконечником 24. Концентрично внутри патрубка 22 расположена уплотнительная втулка 32, прикрепленная к ней срезными элементами 33. Сопрягаемые поверхности узлов и деталей снабжены уплотнениями 34.
Работает устройство следующим образом.
Герметизирующий 1 и заливочный 2 узлы, соединенные между собой патрубком 22, с помощью муфты 35 на дополнительной обсадной колонне 21 спускают в скважину, и устанавливают в неизношенном участке обсадной колонны б (см. Фиг.1) с не разрушенным заколонным цементным кольцом, подтвержденным геофизическими исследованиями, при
этом в процессе спуска дополнительная обсадная колонна 21 заполняется через обратный клапан 11.
Затем создают избыточное давление внутри дополнительной обсадной колонны 21, которое предварительно раздает только патрубок 3, приближая по сечению к внутреннему диаметру обсадной колонны 6, так как патрубок 3 выполнен более пластичным, чем трубы дополнительной обсадной колонны 21.
Если патрубок 3 снабжен продольными гофрами 20 (см. Фиг.3), то они под действием давления распрямляются, приближаясь по сечению к внутреннему диаметру обсадной колонны 6. Избыточное давление поднимают в дополнительной обсадной колонне 21 до разрушения срезных элементов 13 и освобождения от патрубка 3 основания 12 обратного клапана 11, который падает на забой скважины (на Фиг. не показан).
Затем с устья сбрасывают клапан 18 (например, шар), который садится в седло 17 расширяющего конуса 4, перекрывая отверстие 16. Затем в дополнительной обсадной колонне 21 снова создается избыточное давление в результате расширяющий конус 4 (см. Фиг.4) выходит из верхнего расширения 10 и перемещается вниз, дожимая патрубок 3 после расширения давлением. Благодаря углу 5 при вершине расширяющего конуса 4 патрубок 3 окончательно плотно прижимается к обсадной колонне 6, а расположенная на наружной поверхности 14 патрубка 3 эластичная оболочка 15 , заполняет все неровности обсадной колонны 6.
Герметизирующий узел 1 не сужает проходное сечение внутреннего диаметра 36 дополнительной обсадной колонны 21, что впоследствии не затруднит спуск необходимого скважинного оборудования (на Фиг. не показано) для последующей эксплуатации скважины. Самоуплотняющаяся манжета 19 закрепленная на расширяющем конусе 4 исключает несанкционированные перетоки сверху вниз при перемещении расширяющего конуса 4 за счет избыточного давления в дополнительной обсадной колонне 21. После прохождения патрубка 3 расширяющий конус 4 с самоуплотняющейся манжетой 19 и клапаном 18 падают на забой.
Процесс запакеровки окончен. Циркуляцией проверяют герметичность посадки устройства.
После проверки герметичности посадки устройства начинают цементирование. Для этого спускают колонну НКТ 37, оснащенную снизу ниппелем 38 в дополнительную обсадную колонну 21. Ниппель 38 имеет радиальные каналы 39 и нижнюю наружную цилиндрическую часть 40. В определенный момент ниппель 38 садится на сбивные клапаны 25 и разрушает их, затем колонну НКТ 37 спускают еще ниже, ниппель 38 своим конусным уступом 41 садится на конусный уступ 42 опорной втулки 29, а нижней наружной
цилиндрической частью 40 входит в уплотнительную втулку 32, в результате этого происходит сообщение внутреннего и затрубного пространств дополнительной обсадной колонны 21.
Герметизируют устье скважины между дополнительной обсадной колонной 21 и колонной НКТ 37. Затем по колонне НКТ 37, ниппель 38, радиальные каналы 39, и отверстия в сбивных клапанах 25 закачивают расчетный объем цементного раствора в межколонное пространство между дополнительной обсадной колонной 21 и обсадной колонной 6. После этого колонну НКТ 37 с ниппелем 38 разгружают и срезные элементы 31 разрушаются. Далее колонна НКТ 37 с ниппелем 38 вместе с установочной втулкой 26 и опорной втулкой 29 опускаются вниз, перекрывая отверстия в сбивных клапанах 25, до посадки на торец патрубка 22, при этом кольцевая проточка 27 входит в стопорное кольцо 28. Движение НКТ 37 прекращают, разгерметизируют устье скважины между дополнительной обсадной колонной 21 и колонной НКТ 37 и вымывают остатки цементного раствора на поверхность.
Затем колонну НКТ 37 с ниппелем 38 полностью разгружают на опорную втулку 29, в следствии чего сначала разрушаются срезные элементы 30, а затем срезные элементы 33. В результате этого опорная втулка 29 и уплотнительная втулка 32 падают на забой скважины, о чем свидетельствует появление веса колонны НКТ 37 на гидравлическом индикаторе веса.
Опорная втулка 29 (см. Фиг.2) и уплотнительная втулка 32 могут быть выполнены из легко разбуриваемых материалов при необходимости дальнейшего разбуривания.
После ожидания затвердевания цемента в скважину спускают необходимое оборудование и продолжают ее дальнейшую эксплуатацию.
Предлагаемое устройство проще по конструкции, что позволяет снизить материальные затраты на сборку, спуск, посадку и цементирование, а значит, проще в изготовлении и применении. Все используемые узлы и детали отличаются высокой надежностью в работе. Обеспечивается относительно большое проходное сечение в зоне устройства, что гарантирует успешность проведения дальнейших работ по эксплуатации скважины.