УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ ОБСАДНОЙ КОЛОННЫ В СКВАЖИНЕ

Предложение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности к технологии цементирования обсадных колонн в нефтяных и газовых скважинах.
Известно устройство для цементирования обсадной колонны, выполненное в виде подпружиненного обратного клапана тарельчатого типа, установленное на нижнем конце обсадной колонны, спускаемой в скважину (Патент РФ №2086752, МПК 7 Е 21 В 33/14, 1997 г.).
Недостатки устройства:
- необходимость долива скважины во время спуска обсадной колонны;
- при средних и высоких скоростях спуска обсадной колонны возможен гидроразрыв пластов;
- необходимость создания противодавления на устье скважины при промывке и закачке тампонажного раствора;
- отсутствует возможность изготовления всех деталей клапана из разбуриваемых материалов, что может усложнить дальнейшее углубление скважины.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для цементирования обсадной колонны в скважине скважину (Патент РФ на полезную модель №42855, МПК 7 Е 21 В 33/14, 2004 г.), включающее «стоп-кольцо» в виде заглушенного снизу патрубка с продольными пазами и радиальными каналами с кольцевым уступом вверху и конусной поверхностью внизу, телескопически к которому в нижней муфте установлено опорное кольцо, снабженное срезными элементами, свободные концы которых входят в продольные пазы патрубка, и имеет в нижнем торце конусную расточку, адекватную конусной поверхности патрубка, при этом сверху на внутренней поверхности патрубка выполнена кольцевая выборка, а колонна промывочных труб оснащена жесткими центраторами и на конце снабжена ниппелем, имеющим кольцевой упор и наружную цилиндрическую проточку с кольцевой выборкой, в которой установлено стопорное разрезное кольцо, причем наружная цилиндрическая проточка ниппеля равна внутреннему диаметру патрубка, при этом в рабочем положении уступ ниппеля взаимодействует с верхним торцом патрубка, а кольцевая выборка патрубка - со стопорным разрезным кольцом ниппеля.
Недостатком устройства является то, что срабатывание разрезного стопорного кольца не контролируемо, кроме того, при резкой посадке колонны промывочных труб на патрубок «стоп-кольца» возможна поломка разрезного стопорного кольца, что снижает
надежность работы устройства, а поскольку тампонажный раствор является абразивным материалом, то при круговой циркуляции при прохождении раствора через устройство велика вероятность размыва сопрягаемых поверхностей ниппеля и патрубка, что приведет к недостаточной герметизации этих поверхностей и возможному проходу раствора во внутрь обсадной колонны.
Задачей полезной модели является повышение надежности работы устройства, которое бы обеспечивало надежную герметизацию устройства в процессе закачки тампонажного раствора в скважину и после.
Указанная задача решается предлагаемым устройством для цементирования обсадной колонны в скважине, включающее опорное кольцо, установленное в нижней муфте, башмак, колонну промывочных труб с жестким центратором и ниппелем на конце, стопорное разрезное кольцо, срезные элементы.
Новым является то, что колонна промывочных труб снизу снабжена сквозными отверстиями, а на внутренней поверхности в нижней части опорного кольца выполнена кольцевая расточка, при этом внутренний диаметр опорного кольца равен наружному диаметру обратного клапана, которым посредством срезных элементов снизу оснащен ниппель, причем на наружной поверхности обратного клапана выполнена кольцевая проточка, в которой размещено стопорное разрезное кольцо, имеющее возможность взаимодействия с кольцевой расточкой опорного кольца, кроме того, в транспортном положении на наружных поверхностях колонны промывочных труб ниже сквозных отверстий, ниппеля и обратного клапана посредством срезного винта закреплена полая втулка, взаимодействующая изнутри со стопорным разрезным кольцом и имеющая возможность осевого перемещения вверх по наружной поверхности колонны промывочных труб до упора в жесткий центратор в рабочем положении, при этом устройство выше опорного кольца снабжено верхней муфтой, в которой установлено дополнительное опорное кольцо с дополнительным обратным клапаном, выполненным в виде эластичного элемента, закрепленного на периферии к нижнему торцу дополнительного опорного кольца, причем дополнительное опорное кольцо снизу оснащено кольцевой выборкой, в которой в транспортном положении закреплена упорная пластинка, выполненная с ослабленным сечением и пропускающая жидкость снизу вверх и разрушаемая в рабочем положении, причем нижняя и верхняя муфты соединены патрубком.
На фиг.1 изображено предлагаемое устройство в продольном разрезе, спущенное в скважину.
На фиг.2 - то же самое в процессе закачки в скважину тампонажного раствора.
На фиг.3 - пластина изображенная на фиг.1 в более крупном масштабе.
Устройство для цементирования обсадной колонны 1 (см. фиг.1) в скважине состоит из опорного кольца 2, установленное в нижней муфте 3, башмака 4, колонны промывочных труб 5 с жестким центратором 6 и ниппелем 7 на конце.
Колонна промывочных труб 5 снизу снабжена сквозными отверстиями 8. На внутренней поверхности в нижней части опорного кольца 2 выполнена кольцевая расточка 9. Внутренний диаметр опорного кольца 2 равен наружному диаметру обратного клапана 10, которым посредством срезных элементов 11 снизу оснащен ниппель 7.
На наружной поверхности обратного клапана 10 выполнена кольцевая проточка 12, в которой размещено стопорное разрезное кольцо 13, имеющее возможность взаимодействия с кольцевой расточкой 9 опорного кольца 2. Кроме того, в транспортном положении на наружных поверхностях колонны промывочных труб 5 ниже сквозных отверстий 8, ниппеля 7 и обратного клапана 10 посредством срезного винта 14 закреплена полая втулка 15, взаимодействующая изнутри со стопорным разрезным кольцом 13 и имеющая возможность осевого перемещения вверх по наружной поверхности колонны промывочных труб 5 до упора (см. фиг.2) в жесткий центратор 6 в рабочем положении.
Устройство выше опорного кольца 2 (см. фиг.1) снабжено верхней муфтой 16, которая посредством патрубка 17 соединена с нижней муфтой 3.
В верхней муфте 16 установлено дополнительное опорное кольцо 18 с дополнительным обратным клапаном 19, выполненным в виде эластичного элемента, закрепленного на периферии к нижнему торцу дополнительного опорного кольца 18. Дополнительное опорное кольцо 18 снизу оснащено кольцевой выборкой 20 (см. фиг.3), в которой в транспортном положении закреплена упорная пластинка 21, выполненная с ослабленным сечением 22 и пропускающая жидкость снизу вверх и разрушаемая в рабочем положении.
С целью исключения несанкционированных перетоков жидкости устройство на сопрягаемых поверхностях снабжено уплотнениями 23, 24 и 25 (см. фиг.1).
Устройство работает следующим образом.
После подготовки скважины, в нее на проектную глубину, спускают обсадную колонну 1 (см. фиг.1), на нижнем конце которой установлено предлагаемое устройство с башмаком 4. Жидкость свободно проходит во внутрь обсадной колонны, так как дополнительный обратный клапан 19 полностью не закрыт благодаря упорной пластинке 21 (см. фиг.3). Затрубное пространство 26 (см. фиг.1) скважины герметизируют. Затем во внутрь обсадной колонны 1 спускают колонну промывочных труб 5, при этом обратный клапан находящийся на конце колонны промывочных труб разрушает упорную пластинку
21 в месте ослабленного сечения 22 (см. фиг.3) и отгибает дополнительный обратный клапан 19, выполненный в виде эластичного элемента.
Спуск колонны промывочных труб 5 (см. фиг.1 и 2) продолжают, в результате чего подвижная втулка 15, находящаяся в процесс спуска в транспортном положении вступает во взаимодействие с дополнительным опорным кольцом 18.
После чего производят разгрузку промывочных труб 5 на дополнительное опорное кольцо 18, то есть прикладывают осевое усилие направленно вниз равное 20-30 кН, при котором разрушается срезной винт 14, о чем свидетельствует сначала рост, а затем резкое снижение показания индикатора веса (на фигурах 1 и 2 не показано), при этом стопорное разрезное кольцо 13 (см. фиг.1), находящееся в кольцевой проточке 12 обратного клапана 10, проходя сквозь проходной канал дополнительного опорного кольца 18 сжимается и разжимается, освобождаясь от взаимодействия с подвижной втулкой 15.
Далее спуск промывочных труб 5 продолжают, при этом подвижная втулка 15, которая после разрушения срезного винта 14 приняла рабочее положение, перемещается вверх по наружной поверхности 27 промывочных труб 5 до упора полой втулки 15 (см. фиг.2) в жесткий центратор 6.
Одновременно с этим нижний конец колонны промывочных труб 5, включая ее сквозные отверстия 8, ниппель 7, обратный клапан 10, расположенный в его кольцевой проточке 12 стопорное разрезное кольцо 13 минуют проходной канал опорного кольца 3 и оказываются напротив башмака 4.
На устье герметизируют межколонное пространство 28 и осуществляют промывку скважины. После этого по промывочным трубам 5 через его сквозные отверстия 8 и радиальные каналы 29 башмака 4 в заколонное пространство 26 скважины закачивают тампонажный раствор, который после выхода его на устье, направляют в емкость заливочного агрегата и осуществляют круговую циркуляцию, постоянно контролируя плотность раствора на входе и выходе из скважины. После стабилизации тампонажного раствора по плотности (этот момент наступает примерно через один час циркуляции), круговую циркуляцию прекращают и через промывочные трубы 5 закачивают расчетный объем продавочной жидкости, оставив примерно 100 л раствора в промывочных трубах. Давление закачки сбрасывают.
Далее приподнимают колонну промывочных труб 5 вверх до тех пор, пока  стопорное разрезное ккольцо 13, находящееся в кольцевой проточке 12 обратного клапана 10 не вступит во взаимодействие с кольцевой расточкой 9 в нижней части опорного
кольца 2. Наружная поверхность обратного клапана 10 герметично благодаря уплотнительному элементу 23 перекрывает проходной канал опорного кольца 2.
После этого к колонне промывочных труб 5 на устье скважины прикладывают осевое усилие направленной вверх равное 40-50 кН, при котором разрушаются срезные элементы 11, о чем свидетельствует сначала рост, а затем резкое снижение показания индикатора веса (на фигурах 1 и 2 не показано), установленного на устье скважины, при этом обратный клапан 10 (см. фиг.2) остается в опорном кольце 2 нижней муфты 3, герметично перекрывая его проходной канал.
В последующем, приподняв промывочные трубы 5 выше дополнительного опорного кольца 18, путем прямой или обратной промывки через межколонное пространство 28 и сквозные отверстии 8 промывочных труб 5, удаляют оставшийся тампонажный раствор из промывочных труб 5 и оставляют скважину на ОЗЦ (ожидание затвердевания цемента).
Предлагаемое устройство надежно в работе и обеспечивает надежную герметизацию устройства в процессе закачки тампонажного раствора в скважину и после, что позволяет избежать дополнительных материальных и финансовых затрат.