Устройство экранирующее для цементирования скважины

Полезная модель относится к области крепления нефтяных и газовых скважин и может быть использована при цементировании обсадных колонн.
Известно устройство экранирующее для цементирования скважины (патент RU №44736, МПК E21B 33/00, опубл. 27.03.2005), включающее корпус с размещенными на нем резиновыми манжетами, причем корпус устройства образует с обсадной колонной кольцевую полость, которая в совокупности с радиальными каналами в корпусе и клапан-манжетой обеспечивают проход тампонажного раствора в заколонное пространство над экранирующим устройством.
Известно устройство экранирующее для цементирования скважины (патент RU №2435936, МПК E21B 33/14, опубл. 10.12.2011), включающее перекрывающий узел, выполненный в виде пружинной лепестковой обечайки и манжеты из упругого эластичного материала с лепестками и кольцевой частью с запорным буртиком, и средства его фиксации на обсадной трубе, причем введено зажимное кольцо, пружинная лепестковая обечайка на внутренней поверхности выполнена с кольцевой канавкой, запорный буртик расположен в кольцевой канавке с возможностью контактирования с внешней поверхностью зажимного кольца, причем зажимное кольцо и пружинная лепестковая обечайка соединены между собой сварным соединением.
Известно экранирующее устройство для скважины (патент RU №8449, МПК E21B 33/14, опубл. 10.07.2009), включающее патрубок с размещенным на его наружной поверхности перекрывающим узлом, причем перекрывающий узел выполнен в виде пружинной лепестковой обечайки и контактирующей с ней эластичной лепестковой манжеты, при этом обечайка закреплена заклепками в опорной обойме, установленной на патрубке, а манжета установлена в кольцевом зазоре, образованном опорной обоймой и наружной поверхностью патрубка.
Известно устройство экранирующее для цементирования скважины (патент RU №101728, МПК E21B 33/14, опубл. 27.01.2011), ближайшее по технической сущности к заявляемому устройству и принятое за прототип, включающее перекрывающий узел, выполненный в виде пружинной лепестковой обечайки и манжеты из упругого эластичного материала с лепестками и кольцевой частью с запорным буртиком, и средства его фиксации на обсадной трубе, причем введено зажимное кольцо, пружинная лепестковая обечайка на внутренней поверхности выполнена с кольцевой канавкой, запорный буртик расположен в кольцевой канавке с возможностью контактирования с внешней поверхностью зажимного кольца, причем зажимное кольцо жестко соединено с пружинной лепестковой обечайкой на внутренней ее поверхности.
Однако указанные устройства не обладают достаточной надежностью, т.к. имеют крепежные соединения, быстро выходящие из строя и способствующие образованию усталостных трещин в устройствах. Также указанные устройства обладают достаточно сложной конструкцией, что также снижает надежность и повышает трудозатраты.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является повышение надежности работы экранирующего устройства для цементирования скважин.
Технический результат, на достижение которого направлена полезная модель, заключается в повышении надежности и оперативности установки устройства на обсадной трубе.
Также заявляемое устройство обладает упрощенной конструкцией, сниженной массой и габаритами.
Благодаря конструкции заявляемого устройства и повышенной надежности его установки на обсадной трубе также обеспечивается повышение надежности и качества цементирования заколонного пространства в процессе разобщения пластов при креплении скважин.
Заявляемое устройство поясняется чертежами, где:
на фиг. 1 показана установка устройства на обсадную колонну в разрезе;
на фиг. 2 представлен фиксатор устройства.
Заявляемое устройство (фиг. 1) состоит из следующих элементов: зажимное кольцо 1, пружинные пластины 2 в виде лепестков, уплотнительная манжета 3, заклепки 4, резьбовые фиксаторы 5.
На зажимном кольце 1 установлены пружинные пластины 2, края которых жестко закреплены к внутренней поверхности зажимного кольца 1 посредством заклепок 4.
Количество пружинных пластин 2 зависит от диаметра зажимного кольца, т.е. чем больше этот диаметр, тем больше устанавливается пружинных пластин 2.
Пружинные пластины 2 в своем нерабочем состоянии обращены вверх под углом к стенке обсадной колонны.
Лепестки пружинных пластин 2 при их закреплении образуют конус, что обеспечивает упрощение конструкции.
Края лепестков пружинных пластин 2 имеют закругления вверх, что обеспечивает предотвращение заклинивания устройства при возможном перемещении колонны обсадных труб в обратном направлении.
Каждая пружинная пластина 2 крепится двумя заклепками 4.
Образованные таким образом заклепочные соединения препятствуют распространению усталостных трещин в устройстве, повышая надежность всего устройства.
Количество пружинных пластин 2 в разных вариантах - 24, 36 или 50, количество заклепок 4 в разных вариантах - 48, 72 или 100 в зависимости от типоразмера соответственно.
Внутрь зажимного кольца 1 вложена и зафиксирована путем упругой посадки кольцеобразная уплотнительная манжета 3 из эластичного материала, нижняя часть которой охватывает верхнюю часть внутренней поверхности кольцеобразного элемента 1, а верхняя часть выходит из кольцеобразного элемента 1 в сторону направления пружинных пластин 2.
Верхняя часть уплотнительной манжеты 3 представляет собой разрезные лепестки.
В процессе работы устройства, нижняя часть уплотнительной манжеты 3 обеспечивает мягкую посадку устройства на стенку обсадной колонны, а верхняя часть - раскрывается вместе с пружинными пластинами 2, создавая с ними единую уплотняющую платформу.
Зажимное кольцо 1 содержит резьбовые фиксаторы 5 (фиг. 2) для крепления на обсадной трубе, установленные в его нижней части непосредственно под пружинными пластинами 2.
В зажимном кольце 1 предусмотрены резьбовые отверстия для установки резьбовых фиксаторов 5 и закрепления зажимного кольца на обсадной трубе.
В качестве резьбовых фиксаторов 5 используются фиксирующие винты с отрывной головкой.
Количество фиксирующих винтов в разных вариантах - 6 или 8.
Количество фиксирующих винтов зависит от диаметра зажимного кольца и осевого усилия на сдвиг по обсадной трубе, т.е. чем больше диаметр и осевое усилие на сдвиг, тем больше фиксирующих элементов.
Конец каждого фиксирующего винта выполнен в виде концентрического выступа, имеющего в продольном сечении треугольную форму для обеспечения внедрения в тело обсадной колонны.
При этом тело каждого фиксирующего винта имеет кольцевую проточку для обеспечения отрыва головки фиксирующего винта при достижении определенного момента затяжки.
Зажимное кольцо 1, пружинные пластины 2, заклепки 4, резьбовые фиксаторы 5 выполнены из стали.
В качестве эластичного материала уплотнительной манжеты 3 используется преимущественно резина.
Пружинные пластины 2 выполнены и установлены таким образом, что после окончания цементирования, достаточно плотно контактируя между собой и со стенками скважины, образуют платформу для седиментации твердой фазы тампонажного раствора.
Платформа для седиментации образуется за счет того, что лепестки пружинных пластин 2 вместе с лепестками уплотнительной манжеты 3 под тяжестью тампонажного раствора, заливаемого в скважину, опускаются вниз, перпендикулярно стенке обсадной трубе, образуя горизонтальную поверхность.
На платформе для седиментации формируется уплотненная цементная перемычка от задерживаемого лепестками цемента, препятствующая вместе с устройством опусканию столба тампонажного раствора в стволе скважины.
Устройство устанавливается на обсадную колонну при помощи резьбовых фиксаторов с отрывной головкой.
Придерживаемое вспомогательной лебедкой устройство одевается на ниппельный конец обсадной трубы. При этом зажимное кольцо располагается снизу, в направлении спуска колонны, а пружинные лепестки - сверху, против направления спуска. Далее устройство закрепляется на обсадной трубе, при поочередном и равномерном закручивании резьбовых фиксаторов, до срыва головки каждого фиксатора.
Посредством концентрического выступа каждый фиксирующий винт входит в стенку обсадной колонны. При достижении необходимого момента затяжки головка фиксирующего винта отрывается за счет кольцевой проточки в теле фиксирующего винта.
Достигается оперативная, надежная и безопасная установка устройства на патрубке обсадной трубы для цементирования скважины.
Спуск обсадной колонны производится плавно без толчков со скоростью до 1,5 м/с.
Место установки на обсадной колонне определяется с учетом фактического состояния ствола скважины по материалам ГИС.
Устройство устанавливают на колонне обсадных труб в интервале номинального ствола из расчета расположения их в кровле и подошве продуктивного пласта, между продуктивным пластом и водоносным интервалом (при его наличии) и, если позволяет мощность пласта, на нижней границе интервала перфорации. Возможна дополнительная установка ниже башмака кондуктора и в интервале водоносных возвратных продуктивных пластов.
Устройство работает следующим образом.
Рабочей средой, в которой работает устройство, является буровой и тампонажный растворы, обработанные химическими реагентами, минерализованная пластовая вода, нефть и газ.
Устройство устанавливается на патрубок обсадной колонны и зажимное кольцо закрепляется на нем при помощи винтов.
Затем обсадная труба вместе с устройством спускается в скважину в заданный интервал.
В процессе цементирования поток тампонажного раствора, отгибая лепестки пружинных пластин 2 и разрезные лепестки уплотнительной манжеты 3, поступает в затрубное пространство.
После окончания процесса цементирования лепестки пружинных пластин 2 и разрезные лепестки уплотнительной манжеты 3 прижимаются к стенке скважины.
Причем щелевой зазор между лепестками пружинных пластин 2 перекрывается разрезными лепестками уплотнительной манжеты 3, тем самым исключая перемещение тампонажного раствора вниз.
Благодаря плотному контакту лепестков уплотнительной манжеты 3 между собой и со стенкой скважины образуется платформа для седиментации твердой фазы тампонажного раствора. На данной платформе самопроизвольно формируется уплотнительная цементная перемычка, препятствующая вместе с экранирующим устройством опусканию столба тампонажного раствора.
Устройство экранирующее обеспечивает ограничение седиментационных процессов в тампонажном растворе, заполняющем заколонное пространство скважины за обсадной колонной.