УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕССОВКИ И ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ ОБСАДНОЙ КОЛОННЫ

Предложение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано при опрессовке и цементировании обсадных колонн.
Известен "Клапан для обсадной колонны" (авторское свидетельство SU №1812304, МПК 7Е 21 В 34/10, 33/14, опубл. в бюл. №16 от 30.04.1993 г.), содержащий клапанное седло с осевыми отверстиями, тарелку с конической рабочей поверхностью, размещенной под седлом, подпружиненный шток, жестко соединенный с тарелкой, и срезной фиксатор, при этом клапан снабжен фильтром, выполненным в виде кольца и размещенным в нижней части седла осевого канала по внутренней его поверхности, причем подпружиненный шток выполнен со сквозным отверстием под срезной фиксатор, а клапанное седло в верхней части выполнено с отверстием, перпендикулярным к центральной оси седла и соосным сквозному отверстию подпружиненного штока, при этом тарелка выполнена с эластичным кольцом по центру рабочей конической поверхности, причем тарелка может быть выполнена из эластичного материала.
Недостатками данного клапана являются:
во-первых, сложность в изготовлении и обслуживании, большое количество деталей и, как следствие, высокая себестоимость;
во-вторых, низкая надежность перекрытия проходного канала.
Наиболее близким по технической сущности является "Устройство для цементирования обсадной колонны" (патент RU №2233966, МПК 7Е 21 В 33/14, опубл. в бюл. №22 от 10.08.2004 г.), включающее корпус, установленное в нем "стоп - кольцо", уплотнения и разделительную пробку, при этом "стоп - кольцо" выполнено в виде заглушенного снизу патрубка с кольцевыми внутренним и наружным уступами вверху, продольными пазами и радиальными каналами, расположенными выше заглушенного участка патрубка, причем с наружной стороны упомянутого участка выполнена цилиндрическая расточка, в которой жестко установлено технологическое кольцо с наружной конусной поверхностью, малое основание конуса которого обращено вверх, а диаметр его равен наружному диаметру патрубка, напротив продольных пазов последнего телескопически установлено опорное кольцо, наружной стороной жестко соединенное с корпусом и снабженное срезными элементами, свободные концы которых взаимодействуют с продольными пазами патрубка, на нижнем торце опорного кольца со стороны внутренней поверхности выполнена конусная расточка, адекватная конусной поверхности технологического кольца.
Недостатками конструкции данного устройства являются:
во-первых, нет возможности принудительной посадки конической поверхности патрубка на коническую поверхность опорного кольца, что снижает герметичность при работе устройства;
во-вторых, нет возможности опрессовки обсадной колонны перед ее цементированием без спуска дополнительного опрессовочного оборудования (например, пакера).
Технической задачей полезной модели является повышение герметичности при работе устройства, а также возможность проведения опрессовки обсадной колонны в скважине непосредственно перед ее цементированием без спуска в обсадную колонну дополнительного опрессовочного оборудования.
Поставленная техническая задача решается устройством для опрессовки и цементирования обсадной колонны, включающим "стоп - кольцо" в виде заглушенного снизу патрубка с уплотнительными элементами, продольными пазами и радиальными каналами с внутренним и наружным кольцевыми уступами вверху и конусной поверхностью внизу, телескопически к которому снаружи установлено опорное кольцо, присоединяемое герметично к обсадной колонне и снабженное штифтом, свободный конец которого входит в продольные пазы патрубка, и имеет в нижнем торце конусную расточку, адекватную конусной поверхности патрубка.
Новым является то, что между наружным кольцевым уступом патрубка и опорным кольцом установлена пружина сжатия, а продольные пазы выполнены несквозными в виде верхнего и нижнего рядов, продольных, направленных поочередно вверх и вниз, соответственно верхних и нижних пазов, крайние из которых выполнены длинными, соединяющими верхние и нижние ряды, при этом продольные пазы соединены фигурными пазами так, что при возвратно-поступательном перемещении патрубка относительно опорного кольца свободный конец штифта последовательно находится в каждом из продольных верхних и нижних пазов.
На фигуре 1 изображено предлагаемое устройство в процессе спуска в скважину в продольном разрезе.
На фигуре 2 изображено предлагаемое устройство перед опрессовкой обсадной колонны в продольном разрезе.
На фигурах 3 и 4 изображены развертки продольных пазов.
Устройство для цементирования обсадной колонны в скважине состоит из "стоп -кольца", выполненного в виде заглушенного снизу патрубка 1 (см. фиг.1) с продольными пазами 2 и радиальными каналами 3 с внутренним 4 и наружным 5 кольцевыми уступами вверху и конусной поверхностью 6 внизу.
Телескопически к патрубку 1 снаружи установлено опорное кольцо 7, присоединяемое герметично к обсадной колонне 8 и снабженное штифтом 9, свободный конец 10 которого входит в продольные пазы 2 патрубка 1. Опорное кольцо 7 в нижнем торце имеет конусную расточку 11, адекватную конусной поверхности 6 патрубка 1.
Между наружным кольцевым уступом 5 патрубка 1 и опорным кольцом 7 установлена пружина сжатия 12.
Продольные пазы 2 выполнены несквозными в виде верхнего 13 (см. фиг.3) и нижнего 14 рядов, продольных, направленных поочередно вверх и вниз, соответственно верхних 15; 15'; 15" и нижних 16; 16'; 16" пазов, крайние из которых 15' и 16' выполнены длинными, соединяющими верхние 13 и нижние 14 ряды.
Продольные верхние 15 и 15' и нижний 16" пазы соединены фигурными пазами 17, а продольные нижние 16 и 16' и верхний 15" пазы соединены фигурными пазами 17; 17'; 17"; 17''' так, что при возвратно-поступательном перемещении патрубка относительно опорного кольца свободный конец 10 штифта 9 последовательно находится в каждом из продольных верхних 15; 15'; 15" и нижних 16; 16'; 16" пазов.
Необходимую герметичность при работе устройства обеспечивают уплотнительные элементы 18 и 19.
Устройство работает следующим образом.
Перед спуском устройства в скважину (на фиг.1, 2, 3, 4 не показано) устанавливают штифт 9 (см. фиг.1 и 2) свободным концом 10 в нижний паз 16" (см. фиг.2), при этом радиальные каналы 3 патрубка 1 частично перекрыты внутренней поверхностью опорного кольца 7 (см. фиг.1).
Далее устройство в составе обсадной колонны 8 (см. фиг.1) спускают в скважину.
В процессе спуска устройства в скважину происходит дросселирование жидкости через радиальные каналы 3 патрубка 1, при этом происходит заполнение внутреннего пространства обсадной колонны 8 жидкостью, находящейся в скважине и исключается излив на устье (на фиг.1, 2, 3, 4 не показано) скважины. После окончания спуска обсадной колонны 8 в скважину обвязывают на устье скважины ее верхний конец с насосным агрегатом и емкостью с технологической жидкостью (на фиг.1, 2, 3,4 не показано).
Доливают внутреннее пространство 20 обсадной колонны 8 выше устройства технологической жидкостью и поднимают давление, при этом пружина сжатия 12 сжимается и патрубок 1 совершает перемещение вниз относительно опорного кольца 7, причем штифт 9, находящийся свободным концом 10 в нижнем пазе 16" (см. фиг.2 и 4) верхнего ряда 13, перемещается через фигурный паз 17 в верхний паз 15' верхнего ряда 13. Давление в обсадной колонне 8 сбрасывают (см. фиг.3), при этом пружина сжатия 12 разжимается
и патрубок 1 поднимается вверх относительно опорного кольца 7, при этом штифт 9 перемещается из верхнего длинного паза 15' верхнего ряда 13 в нижний паз 16 (см. фиг.2) нижнего ряда 14 продольного паза 2.
Далее производят опрессовку обсадной колонны 8. Для этого в обсадной колонне 8 поднимают давление до намеченного опрессовкой, при этом пружина сжатия 12 сжимается и патрубок 1 совершает перемещение вниз относительно опорного кольца 7, причем штифт 9, находящийся свободным концом 10 в нижнем пазе 16 (см. фиг.2) нижнего ряда 14, перемещается через фигурный паз 17' в верхний паз 15" нижнего ряда 14.
Производят выдержку по времени и сбрасывают давление в обсадной колонне 8 (см. фиг.3), при этом пружина сжатия 12 разжимается и патрубок 1 поднимается вверх относительно опорного кольца 7, при этом штифт 9 перемещается из верхнего паза 15" нижнего ряда 14 (см. фиг.2 и 4) через фигурный паз 17" в нижний длинный паз 16' нижнего ряда 14.
Убедившись в герметичности обсадной колонны 8, начинают ее цементирование.
Для этого закачивают в обсадную колонну 8 расчетное количество цементного раствора. Далее на устье скважины устанавливают в обсадную колонну 8 продавочную пробку 21 герметизирующей головкой 22 вниз.
Подачей продавочной жидкости в обсадную колонну 8 начинают продавку продавочной пробки 21, а значит цементного раствора, при этом цементный раствор под действием давления продавки продавочной пробки 21 воздействует на заглушенный снизу торец патрубка 1 (см. фиг.1), в следствии чего последний перемещается вниз, сжимая пружину сжатия 12 относительно опорного кольца 7, при этом открываются радиальные каналы 3 патрубка 1, а штифт 9, находящийся свободным концом 10 в нижнем длинном пазу 16' нижнего ряда 14, перемещается в верхний паз 15 верхнего ряда 13 (см. фиг.2 и 4), при этом цементный раствор сквозь радиальные каналы 3 (см. фиг.1) патрубка 1 продавливается ниже устройства и через отверстия в башмачной трубе (на фиг.1, 2, 3, 4 не показано) обсадной колонны 8 поступает в заколонное пространство скважины (на фиг.1, 2, 3, 4 не показано), по которому цементный раствор поднимается вверх.
Продавку цементного раствора в заколонное пространство скважины продолжают до тех пор, пока не произойдет резкое повышение давления на манометре насосного агрегата, закачивающего продавочную жидкость в обсадную колонну 8, что свидетельствует о том, что продавочная пробка 21 своим нижним торцом 23 уперлась в верхний торец 24 патрубка 1 и своей герметизирующей головкой 22 вошла внутрь патрубка 1. Давление продавки сбрасывают, при этом патрубок 1 (см. фиг.3) за счет возвратной силы пружины сжатия 12 перемещается верх относительно опорного патрубка 7, причем штифт 9 из
верхнего паза 15 верхнего ряда 13 (см. фиг.2 и 4) опускается вниз и через фигурный паз 17''' попадает в нижний паз 16" верхнего ряда 13, при этом продавочная пробка 21 своей герметизирующей головкой 22 фиксируется внутри патрубка 1 его внутренним кольцевым уступом 4.
Вновь поднимают давление в обсадной колонне 8 над продавочной пробкой, при этом пружина сжатия 12 сжимается и патрубок 1 совершает перемещение вниз относительно опорного кольца 7, причем штифт 9, находящийся свободным концом 10 в нижнем пазе 16" (см. фиг.2 и 4) верхнего ряда 13, перемещается через фигурный паз 17 в верхний паз 15' верхнего ряда 13.
Давление в обсадной колонне 8 сбрасывают (см. фиг.1 и 3), при этом пружина сжатия 12 разжимается и патрубок 1 поднимается вверх относительно опорного кольца 6, при этом штифт 8 перемещается из верхнего длинного паза 14' верхнего ряда 13 в нижний паз 16 (см. фиг.2 и 4) нижнего ряда 14 продольного паза 2, а опорное кольцо 7 своей внутренней поверхностью герметично перекрывает радиальные каналы 3 патрубка 1, при этом продавочная пробка 21 своей герметизирующей головкой 22 остается зафиксированной внутри патрубка 1 внутренним кольцевым уступом 4 последнего, дополнительно герметично перекрывая радиальные каналы 3 патрубка 1 изнутри.
Процесс цементирования обсадной колонны 8 закончен. Далее скважину оставляют на ОЗЦ (ожидание затвердевания цемента).
Предлагаемое устройство для опрессовки и цементирования обсадной колонны позволяет повысить герметичность устройства благодаря пружине сжатия, обеспечивающей принудительную посадку друг на друга конических поверхностей патрубка и опорного кольца, а проведения опрессовки обсадной колонны в скважине непосредственно перед ее цементированием без спуска в обсадную колонну дополнительного опрессовочного оборудования позволяет сократить общее время на строительство скважины, а значит сэкономить материальные и финансовые затраты.