УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТУПЕНЧАТОГО ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ СКВАЖИНЫ
DEVICE FOR STAGED CEMENTING OF WELL

Изобретение относится к области строительства и эксплуатации нефтяных и газовых скважин.
Известно устройство для ступенчатого цементирования скважины, включающее двухстенный полый корпус с кольцевой полостью между внешней и внутренней стенками с промывочными и цементировочными отверстиями, выдвижные упоры, верхнюю и нижнюю втулки с радиальными отверстиями, которые помещены в кольцевой полости с возможностью последовательного перемещения и открытия-перекрытия промывочных и цементировочных отверстий (см., например, RU 2171361, 27.07.2001).
Недостатками данного устройства являются:
- необходимость трех последовательных перемещений верхней и нижней втулок, размещенных в кольцевой полости двухстенного корпуса;
- существенное уменьшение проходного канала устройства из-за наличия внешней и внутренней стенок корпуса и кольцевой втулки в кольцевой полости, что ограничивает область применения устройства;
- возможность ненамеренного среза штифта, удерживающего втулку в среднем положении, ее перемещение и преждевременное закрытие цементировочных отверстий из-за непредвиденного повышения давления в процессе цементирования (особенно при манжетном цементировании), что ведет к возникновению аварийной ситуации, связанной с оставлением в скважине тампонажного раствора.
Известно устройство для ступенчатого цементирования скважины, включающее полый корпус с цементировочными отверстиями, наружную втулку, образующую с корпусом кольцевую камеру, в которой размещена заслонка, а внутри корпуса размещены верхняя и нижняя втулки, имеющие возможность осевого перемещения (см., например, Булатов А.И. и др., Справочник инженера по бурению, т.3, с.142-143).
Недостатками известного устройства являются:
- ограниченная область применения, обусловленная необходимостью пуска в колонну падающей промежуточной пробки, что невозможно при установке устройства в наклонном или горизонтальном участке ствола скважины;
- при посадке запорной пробки на верхнюю втулку и закрытии цементировочных отверстий между промежуточной падающей и запорной пробками образуется несжимаемый объем тампонажного раствора, который существенно затрудняет надежное закрытие циркуляционных отверстий верхней втулкой;
- отсутствие мер по повышению герметичности цементного кольца в наиболее ответственном интервале обсадной колонны - интервале установки устройства ступенчатого цементирования скважины с отверстиями в нем, потенциально опасными по разгерметизации обсадной колонны.
Техническим результатом изобретения является повышение надежности работы устройства с обеспечением сплошного цементного кольца в скважине в зоне устройства.
Необходимый технический результат достигается тем, что устройство для ступенчатого цементирования скважины включает полый корпус с цементировочными отверстиями, выпускными отверстиями, срезным упорным винтом, по меньшей мере одним, установленным над выпускными отверстиями и выступающим в корпус, дифференциальную втулку с полым срезным штифтом, зафиксированную в корпусе срезным элементом, по меньшей мере одним, перекрывающую цементировочные отверстия корпуса и образующую с ним кольцевую камеру, имеющую возможность гидравлической связи с полостью корпуса после срезки полого штифта, верхнюю втулку с седлом и фиксатором ее конечного положения, зафиксированную в корпусе срезным винтом, по меньшей мере одним, и установленную над дифференциальной втулкой, переводник, входящий частью в корпус и образующий с последним и нижним торцом дифференциальной втулки кольцевую полость в зоне срезного упорного винта, сообщенную с пространством скважины через выпускные отверстия, при этом срезной упорный винт выполнен с возможностью срезания от давления, обеспечивающего гидравлические возмущения в скважинной жидкости за корпусом для разрушения ее застойных зон.
Кроме того, полый срезной штифт снабжен шаровой насадкой, размещенной в корпусе.
На чертеже показан общий вид устройства.
Устройство для ступенчатого цементирования скважины включает полый корпус 1 с цементировочными отверстиями 2, выпускными отверстиями 3, срезным упорным винтом 4, по меньшей мере одним, установленным над выпускными отверстиями 3 и выступающим в корпус 1. Кроме того, устройство имеет дифференциальную втулку 5 с полым срезным штифтом 6, зафиксированную в корпусе срезным элементом 7, по меньшей мере одним, перекрывающую цементировочные отверстия 2 корпуса 1 и образующую с ним кольцевую камеру 8, имеющую возможность гидравлической связи с полостью корпуса 1 после срезки полого штифта 6. В корпусе 1 над дифференциальной втулкой 5 помещена верхняя втулка 9 с седлом 10 и фиксатором 11 ее конечного положения. Верхняя втулка 9 зафиксирована в корпусе 1 срезным винтом 12, по меньшей мере одним. Устройство включает также переводник 13, входящий частью в корпус 1 и образующий внешней поверхностью с последним и нижним торцом дифференциальной втулки 5 кольцевую полость 14 в зоне срезного упорного винта 4. Кольцевая полость 14 сообщена с пространством скважины через выпускные отверстия 3. Срезной упорный винт 4 выполнен с возможностью срезания от большего давления, чем это необходимо для работы устройства. Это превышение составляет 3-20%. Таким давлением, по результатам опытных работ, обеспечены гидравлические возмущения в скважинной жидкости за корпусом для разрушения ее застойных зон. Застойные зоны, зоны невытесненного бурового раствора, а также каналы истечения жидкости через выпускные отверстия являют собой потенциальную опасность по возможному нарушению герметичности цементного кольца в зоне устройства с цементировочными отверстиями.
Кроме того, полый срезной штифт 6 снабжен шаровой насадкой 15. Эта насадка исключает вероятность заклинивания цементировочной пробки (на чертеже не показана) после срезки полого срезного штифта 6.
На чертеже показаны также внутренняя кольцевая расточка 16 в корпусе 1, радиальное отверстие 17 в этом корпусе под срезной винт 12. На нижних торцевых поверхностях дифференциальной втулки 5 и верхней втулки 9 выполнены выступы 18, а на верхней торцевой поверхности дифференциальной втулки выполнены пазы 19. При этом ширина пазов, выполненных на верхней втулке 9 и упорном кольце 20 (пазов 21), больше ширины выступов 18. Необходимую герметичность устройству обеспечивают уплотнительные кольца 22.
Полый срезной штифт 6 установлен в радиальном отверстии 23, срезной элемент 7 - в радиальном отверстии 24, а срезной упорный винт 4 - в радиальном отверстии 25. Переводник 13 соединен с нижней частью корпуса 1 посредством резьбы 26.
Устройство для ступенчатого цементирования скважины работает следующим образом.
При закачке в обсадную колонну расчетного объема тампонажного раствора первой ступени пускают первую цементировочную пробку (на чертеже не показана), которая, проходя через устройство, срезает полый штифт 6 с шаровой насадкой 15 и садится на «стоп»-кольцо (на чертеже не показано).
После посадки упомянутой пробки на «стоп»-кольцо давление в проходном канале колонны повышают до расчетного и жидкость из обсадной колонны и корпуса 1 через срезной полый штифт 6 поступает в кольцевую камеру 8. При этом срезной винт 7 разрушается и дифференциальная втулка 5, открывая цементировочные отверстия 2 корпуса 1, перемещается до взаимодействия со срезным упорным винтом 4. Через открытые цементировочные отверстия 2 осуществляют срез (вымывание) верхней пачки тампонажного раствора.
Затем производят закачку в колонну расчетного объема тампонажного раствора второй ступени и пуск верхней цементировочной пробки. Верхняя цементировочная пробка (на чертеже не показана), вытесняя в затрубное пространство тампонажный раствор, садится на седло 10 верхней втулки 9. При дальнейшем повышении давления разрушают срезной винт 12. В результате верхняя втулка 9 перемещается вниз, до взаимодействия с дифференциальной втулкой 5, перекрывая при этом цементировочные отверстия 2 корпуса 1. При перекрытии цементировочных отверстий верхней втулкой 9, между цементировочной пробкой, которая находится на «стоп»-кольце, и верхней цементировочной пробкой образуется несжимаемый объем продавочной жидкости, который затрудняет дальнейшее перемещение верхней втулки и ее надежную фиксацию в конечном положении.
При дальнейшем повышении давления в колонне происходит срез упорного винта 4 и дополнительное перемещение дифференциальной втулки 5 до взаимодействия с упорным кольцом 20, то есть часть жидкости, находящейся между пробками поступает в кольцевую камеру 8, обеспечивая перемещение верхней втулки 9 в конечное положение и установку фиксатора 11 в кольцевой проточке 16 корпуса 1.
Выступы и впадины торцевых поверхностей втулок и упорного кольца исключают их проворот, что существенно облегчает разбуривание пробки и седла 16.