УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ ХВОСТОВИКА В СКВАЖИНЕ

Предложение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к строительству и ремонту скважин.
Известно разъединительное устройство (патент RU №2136840 МПК 7 Е 21 В 17/06, 43/10, опубл. бюл. №25 от 10.09.1999 г.), включающее выполненные с возможностью телескопического взаимодействия между собой внутренний и наружный корпуса с шариковым фиксатором между ними, седло, выполненное с возможностью телескопического взаимодействия с внутренним корпусом и шариковым фиксатором, при этом устройство снабжено установочным патрубком, а седло снабжено кольцевым стопорным кольцом и выполнено с возможностью дополнительного телескопического взаимодействия с наружным корпусом.
Недостатком данного устройства является низкая надежность его в работе, связанная с:
во-первых, со слабым зацепом шариковых фиксаторов при цементировании достаточно длинных хвостовиков, имеющих большой вес, поскольку преждевременное срабатывание шариковых фиксаторов может привести к возникновению аварийной ситуации на скважине;
во-вторых, с тем, что при продавливании цементировочной пробки возможно проскальзование ее через стоп кольцо и, как следствие, нарушение технологии цементирования хвостовика;
в-третьих, использование цементировочной пробки осложняет конструкцию устьевой арматуры.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является разъединительное устройство для цементирования хвостовиков с опорой на забой (патент RU №2149252 МПК 7 Е 21 В 17/06, 43/10, опубл. бюл. №14 от 20.05.2000 г.), включающее выполненные с возможностью телескопического взаимодействия между собой внутренний и наружный корпуса с шариковым фиксатором между ними, седло, выполненное с возможностью телескопического взаимодействия с внутренним корпусом и шариковым фиксатором, при этом в нижней части наружного корпуса выполнены окна, над которыми в проходном канале упомянутого корпуса выполнено седло под обратный клапан, взаимодействующий с внутренним корпусом, при этом в стенках внутреннего корпуса выполнены обводные каналы, сообщающиеся с наружным пространством через проходной канал седла и окна наружного корпуса.
Указанному устройству в той или другой степени присущи все недостатки, отмеченные выше. Кроме того, оно сложное по конструкции, что обусловлено большим количеством деталей, а невыполнение жестких требований при изготовлении и сборке снижает надежность работы устройства.
Задачей полезной модели является упрощение конструкции устройства и повышение надежности его работы независимо от длины и веса хвостовика, а также исключение продавочной пробки из технологического процесса при цементировании хвостовика в скважине.
Указанная задача решается устройством для цементирования хвостовика в скважине, включающим телескопически установленные внутренний и наружный корпуса, седло с клапаном, при этом в нижней части наружного корпуса выполнены окна.
Новым является то, что внутренний корпус выполнен полым, оснащен шлицами и установленным на наружной поверхности клапаном в виде заглушки выше седла, которое зафиксировано на внутренней поверхности наружного корпуса разрушаемым элементом и оснащено срезаемыми пальцами, причем клапан и седло выполнены с возможностью взаимодействия в рабочем положении, при этом на наружной поверхности наружного корпуса выполнены осевые пазы под срезаемые пальцы седла, оснащен дополнительно снизу вверх выше окон пакером в виде эластичного рукава, зафиксированного снизу относительно наружного корпуса и армированного изнутри гильзой, технологической втулкой, соединенной со срезаемыми пальцами седла и выполненного с возможностью фиксации относительно наружного корпуса и взаимодействия снизу с гильзой, при этом наружный корпус сверху соединен левой резьбой с переводником, на внутренней поверхности которого снизу выполнены пазы, причем в исходном положении внутренний корпус соединен с переводником срезным винтом, а шлицы внутреннего корпуса состыкованы с пазами переводника, причем длина гильзы меньше двух длин эластичного рукава, при этом наружный корпус на внутренней поверхности ниже верхнего окна снабжен буртиком, выполненным с возможностью взаимодействия с седлом, герметично перекрывающим во время взаимодействия с буртиком верхние окна.
На фигуре изображено предлагаемое устройство для цементирования хвостовика в скважине в продольном разрезе.
Устройство для цементирования хвостовика 1 (см. фигуру) в скважине включает телескопически, установленные внутренний 2 и наружный 3 корпуса. В нижней части наружного корпуса 3 выполнены окна 4.
Внутренний корпус 2 выполнен полым и оснащен шлицами 5. На наружной поверхности внутреннего корпуса 2 установлен клапан 6, который установлен выше седла
7, при этом последний зафиксирован на внутренней поверхности корпуса 3 разрушаемым элементом 8. Клапан 6 выполнен в виде заглушки и имеет возможность взаимодействия с седлом 7 в рабочем положении. Седло 7 оснащено срезаемыми пальцами 9.
Наружный корпус 3, на наружной поверхности которого выполнены осевые пазы 10 под срезаемые пальцы 9 седла 7, оснащен пакером 11 в виде эластичного рукава 12, зафиксированного снизу относительно наружного корпуса 3 и армированного изнутри гильзой 13.
Верхний конец гильзы 13 закреплен на наружной поверхности наружного корпуса 3 технологической втулкой 14. Технологическая втулка 14 соединена со срезаемыми пальцами 9 седла 7, вставленными с возможностью ограниченного осевого перемещения в осевые пазы 10 наружного корпуса 3. Технологическая втулка 14 имеет возможность фиксации относительно наружного корпуса 3 посредством разрезного пружинного кольца 15, установленного во внутренней проточке 16 технологической втулки 14 с кольцевыми зубчатыми насечками 17, выполненными на наружной поверхности наружного корпуса 3. Технологическая втулка 14 при перемещении вниз взаимодействует сверху с гильзой 13.
Наружный корпус 3 сверху снабжен промежуточной муфтой 18, посредством которой он соединен с хвостовиком 1, который, в свою очередь, сверху снабжен муфтой 19, которая с помощью левой резьбы 20 соединена с переводником 21. На внутренней поверхности переводника 21 снизу выполнены пазы 22.
В исходном положении внутренний корпус 2 соединен с переводником 21 срезным винтом 23, а шлицы 5 внутреннего корпуса 2 состыкованы с пазами 22 переводника 21.
Длина (а) гильзы 13 меньше двух длин (2×b) эластичного рукава 12, при этом наружный корпус 3 на внутренней поверхности ниже верхнего окна 24 снабжен буртиком 25, выполненным с возможностью взаимодействия с седлом 7, герметично перекрывающим во время взаимодействия с буртиком 25 верхние окна 24.
Несанкционированные перетоки жидкости исключаются уплотнительными кольцами 26, 27.
Устройство работает следующим образом.
На наружный корпус 3 сверху наворачивают промежуточную муфту 18, затем сверху в нее вворачивают нижнюю трубу хвостовика 1. После этого с замером длины спускаемых в скважину труб наращивают хвостовик 1 до необходимой длины.
Затем на устье скважины (на фигуре не показано) на верхнюю обсадную трубу хвостовика 1 наворачивают муфту 19 с левой резьбой 20 и устанавливают собранную конструкцию на элеватор.
Далее в собранную конструкцию спускают с замером длины внутренний корпус 2, состоящий из колонны труб, при этом клапан 6 устанавливают в составе внутреннего корпуса 2 на 4-5 метров выше седла 7, установленного на внутренней поверхности наружного корпуса 3, при этом нижняя кромка внутреннего корпуса 2 должна находится на расстоянии не менее 6 метров выше нижней кромки наружного корпуса 3.
После наращивания внутреннего корпуса 2 сверху в него устанавливают шлицы 5, которые затем состыковывают с пазами 22 переводника 21, после чего фиксируют переводник 21 на внутреннем корпусе 2 посредством срезного винта 23. Далее вворачивают переводник 21 в левую резьбу 20 муфты 19.
Снимают с устья скважины элеватор и с помощью колонны насосно-компрессорных труб (НКТ) (на фиг. не показано) спускают устройство до упора на забой скважины или предварительно установленный цементный мост, выполняющий роль опоры (на фигуре не показано).
Затем отворачивают переводник 21, а следовательно, и соединенный с ним внутренний корпус 2 с левой резьбы 20 муфты 19 наружного корпуса 3, путем вращения колонны НКТ по часовой стрелке с устья скважины. Вращение на переводник 21 передается посредством шлицов 5, установленных во внутреннем корпусе 2 и пазах 22 переводника 21, при этом нижняя часть наружного корпуса 3, благодаря разгрузке устройства на забой скважины или цементный мост, фиксирует наружный корпус 3 и хвостовик 1 от проворота.
Для того чтобы убедиться в том, что переводник 21 отсоединился от муфты 19, приподнимают внутренний корпус 2 с колонной НКТ вверх на 1-3 метра. Падение нагрузки на индикаторе веса (потеря веса хвостовика 1 и наружного корпуса 3), установленного на устье скважины (на фиг. не показано), свидетельствует о положительном результате.
Затем начинают опускать колонну НКТ, соединенную с внутренним корпусом 2, вниз. В определенный момент, переводник 21 вступит во взаимодействие с левой резьбой 20 муфты 19, после чего разгружают колонну НКТ на переводник 21, достигнув расчетной нагрузки, при этом разрушается срезной винт 23. В результате внутренний корпус 2, соединенный с колонной НКТ, опускается вниз. Спуск внутреннего корпуса 2, соединенного с колонной НКТ, продолжают до тех пор, пока клапан 6, установленный в составе внутреннего корпуса 2, герметично не сядет на седло 7 наружного корпуса 3 (разгружают колонну НКТ с внутренним корпусом 2 и клапаном 6 на седло 7 наружного корпуса 3 примерно на 10-20 кН). Далее закачивают в колонну НКТ расчетный объем цементного раствора и продавливают его с помощью жидкости продавки через окна 4 и
верхние окна 24 наружного корпуса 3 в наружное пространство (на фиг. не показано). При этом расчетный объем цементного раствора, продавленный в наружное пространство поднимается вверх между хвостовиком 1 и внутренней стенкой скважины (на фиг не показано) до тех пор, пока не достигнет промежуточной муфты 18.
После этого вновь разгружают колонну НКТ с соединенным с ней внутренним корпусом 2 и клапаном 6 на седло 7 наружного корпуса 3. При расчетной нагрузке срезается разрушаемый элемент 8 и седло 7 под действием веса колонны НКТ и внутреннего корпуса 2, передающегося на него сверху посредством клапана 6, опускается вниз. Так как седло 7 соединено посредством срезаемых пальцев 9, вставленных с возможностью ограниченного осевого перемещения в осевые пазы 10 наружного корпуса 3 с технологической втулкой 14, то последняя также опускается вниз.
Технологическая втулка 14 при перемещении вниз воздействует сверху на гильзу 13, которой армирован изнутри пакер 11. Гильза 13 разгибается, принимая форму дуги, и начинает запакеровывать эластичный рукав 12 пакера 11, который начинает прижиматься к внутренней стенке скважины, благодаря тому, что длина (а) гильзы 13 меньше двух длин (2×b) эластичного рукава 12.
Процесс запакеровки продолжается до тех пор, пока о нижнюю кромку осевых пазов 10 наружного корпуса 3 не разрушатся срезаемые пальцы 9, при этом разрезное пружинное кольцо 15, установленное во внутренней проточке 16 технологической втулки 14, зафиксируется в зубчатых насечках 17 наружного корпуса 3, а пакер 11 герметично отсечет межколонное пространство скважины (на фиг. не показано). Седло 7, благодаря воздействию на него сверху клапана 6 внутреннего корпуса 2, опускается вниз до упора в буртик 25, при этом седло 7 герметично перекрывает верхние окна 24 наружного корпуса 3. Впоследствии седло 7 может быть разбурено, поскольку оно выполнено из легко разбуриваемого материала, например чугуна.
Наличие пакера исключает обратное движение цементного раствора за счет веса столба цементного раствора. Далее прямой или обратной промывкой вымывают излишки цементного раствора из внутреннего пространства хвостовика 1 и наружного корпуса 3. После этого полностью извлекают колонну НКТ с соединенным с ней внутренним корпусом 2 из скважины.
Предлагаемое устройство имеет простую конструкцию, позволяющую снизить материальные затраты на изготовление, а повышение надежности его работы связано с исключением шариковых фиксаторов из конструкции устройства и продавочной пробки из технологического процесса, что позволяет произвести цементирование хвостовика независимо от его длины и веса в любом интервале скважины.