УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ ХВОСТОВИКА В СКВАЖИНЕ
FACILITY FOR CEMENTING TAIL PIECE IN WELL

Предложение относится к нефтедобывающей промышленности, конкретно к строительству и ремонту наклонно-горизонтальных скважин.
Известно «Устройство для цементирования хвостовика в скважине» (патент на полезную модель №44348, Е21В 33/14, опубл. Бюл. №7 от 10.03.2005 г.), включающее хвостовик со спущенной в него колонной насосно-компрессорных труб (НКТ) ограниченной длины и разъединитель в виде переводника, соединенный верхней частью с подъемными трубами, клапанный узел, соединенный с нижней частью хвостовика и состоящий из верхнего и нижнего корпусов, связанных между собой срезными элементами, в которых установлены друг над другом два подпружиненных обратных клапана, причем нижний корпус установлен внутри верхнего с возможностью ограниченного продольного перемещения и снабжен радиальными каналами, сообщающими внутреннее пространство устройства с зоной скважины; разъединитель снабжен наружной левой резьбой для соединения с верхним концом хвостовика, а нижней частью разъединитель соединен с колонной НКТ, которая несколько короче хвостовика, при этом клапанный узел снизу соединен с башмаком, снабженным фильтром.
Недостатками данного устройства являются:
- во-первых, низкая надежность конструкции, так как возможно заклинивание одного из обратных клапанов клапанного узла в процессе цементирования хвостовика при прокачке через них цементного раствора или неплотная посадка клапана на седло, что может привести к обратному вытеканию цементного раствора из межколонного пространства внутрь хвостовика после его закачки;
- во-вторых, необходимость разбуривания клапанного узла, состоящего из двух клапанов - это трудоемкая операция, связанная с большими материальными и финансовыми затратами.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является «Устройство для цементирования хвостовика в скважине» (патент №2289677, Е21В 33/14, опубл. Бюл. 35 от 20.12.2006 г.), включающее хвостовик со спущенной в него колонной НКТ ограниченной длины, разъединитель в виде переводника, соединенный верхней частью с подъемными трубами, а нижней - с НКТ ограниченной длины, снабженный наружной левой резьбой для соединения через муфту с верхним концом хвостовика, и башмак с проходным каналом и муфтой, при этом оно снабжено пакерующим узлом, состоящим из корпуса, жестко установленной в нем верхней упорной втулкой, цилиндрической эластичной манжетой с кольцевыми внутренними канавками, опирающейся снизу в подвижную внутреннюю втулку, между торцом которой и ниже расположенной подвижной наружной втулкой установлено пружинное стопорное кольцо с насечками, а на корпусе выполнены насечки противоположного направления; подвижная наружная втулка снабжена срезными винтами, расположенными в продольных пазах корпуса и соединенными другими концами меньшего диаметра с направляющей втулкой, установленной внутри корпуса и соединенной с ним срезными элементами; корпус пакерующего узла нижней частью соединен с заливочной муфтой, снабженной радиальными каналами, которая, в свою очередь, соединена с перфорированным участком хвостовика, а последний - с башмаком; колонна НКТ ограниченной длины через ступенчатый переводник соединена с ниппелем, представляющим собой патрубок с радиальными каналами в средней части, перекрытыми в исходном состоянии седлом, патрубок снабжен уплотнительными элементами выше и ниже радиальных каналов, поджатыми гайками; ниппель в нижней части соединен с наконечником; в муфте, соединяющей башмак с перфорированным участком хвостовика, установлена опорная втулка с центральным проходным каналом, через который пропущен наконечник, снабженная срезными винтами, которые на участке меньшего диаметра соединены с нижней поджимной гайкой ниппеля.
Недостатками данного устройства являются:
- во-первых, сложность сборки компоновки устройства на устье скважины, так параллельно приходится собирать двухрядную компоновку (узлы, относящиеся к хвостовику, и узлы, относящиеся к колонне НКТ);
- во-вторых, низкая надежность работы устройства, так как перед закачкой цементного раствора в колонну НКТ приходится совершать спуско-подъемные операции, связанные с подгонкой оборудования, при этом теряется герметичность уплотнительных элементов, а это при последующей закачке и продавке цементного раствора, ведет к потере герметичности устройства и приводит к попаданию цементного раствора в перфорированный участок хвостовика и, как следствие, оказывается зацементированным не межколонное пространство, а сам хвостовик.
Технической задачей изобретения является упрощение сборки оборудования на устье скважины путем поочередной сборки устройства (сначала хвостовика и узлов, с ним соединяющихся, а затем спуском в колонну хвостовика колонны НКТ и узлов, с ней соединяющихся) и повышение надежности работы устройства за счет гарантированной закачки цементного раствора в межколонное пространство.
Поставленная задача решается устройством для цементирования хвостовика в скважине, включающим хвостовик со спущенной в него колонной насосно-компрессорных труб ограниченной длины, разъединитель в виде переводника, соединенного верхней частью с подъемными трубами, а нижней с НКТ ограниченной длины, снабженный наружной левой резьбой для соединения с верхней муфтой хвостовика, и башмак с проходным каналом и муфтой, пакерующий узел, состоящий из корпуса, жестко установленной на нем упорной втулки, цилиндрической эластичной манжеты с кольцевыми внутренними канавками, опирающейся с противоположной упорной втулки стороны на подвижную втулку, снабженной внутренней кольцевой проточкой, в которую установлено пружинное стопорное кольцо с насечками, взаимодействующими с насечками противоположного направления на корпусе, при этом подвижная втулка снабжена срезными винтами, расположенными в продольных пазах корпуса и соединенными изнутри с направляющей втулкой, установленной внутри корпуса, соединенной с ним срезными элементами, корпус пакерующего узла снабжен радиальными заливочными каналами и соединен снизу с перфорированным участком хвостовика, а последний через муфту с опорной втулкой - с башмаком, причем колонна НКТ ограниченной длины снизу соединена с ниппелем, герметично с возможностью осевого перемещения вставленным в центральный проходной канал опорной втулки.
Новым является то, что упорная втулка расположена снизу цилиндрической эластичной манжеты, подвижная втулка - сверху, выше которой в корпусе выполнены радиальные заливные каналы, снабженные клапанным узлом, пропускающим наружу, и расположено кольцевое сужение, при этом направляющая втулка снабжена изнутри снизу кольцевой выборкой, а НКТ ограниченной длины выполнена из верхней и нижней частей, соединенных между собой телескопически вставленными друг в друга с возможностью ограниченного перемещения внутрь наружной и внутренней втулками, наружная из которых выполнена с возможностью герметичного взаимодействия при спуске с кольцевым сужением корпуса, причем внутренняя втулка снабжена ниппельным концом с пружинным кольцом в нижней части, выполненным с возможностью герметичного взаимодействия при перемещении вниз с направляющей втулкой и фиксации пружинным кольцом, взаимодействующим при этом с кольцевой выборкой направляющей втулки, а наружная втулка - кольцевым расширением сверху и наружным кольцевым выступом с радиальными отверстиями снизу, также наружная и внутренняя втулка снабжены соответственно наружными и внутренними радиальными каналами, расположенными выше ниппельного конца и сообщающимися между собой при перемещении внутрь друг относительно друга втулок, при этом переводник разъединителя выполнен сборным, состоящим из наружной и внутренней частей вставленных друг в друга и соединенных между собой шпонками, вставленными в продольные пазы внутренней части переводника и соответствующие продольные пазы, открытые снизу, наружной части, причем в верхнюю муфту хвостовика между резьбами установлено кольцо с внутренними выступами, выполненными с возможностью взаимодействия со шпонками при перемещении внутренней части переводника вниз относительно хвостовика и с кольцевым расширением верхней из телескопических втулок при перемещении вверх НКТ ограниченной длины относительно хвостовика.
Новым также является то, что внутренняя втулка соединена с нижним концом верхней части НКТ ограниченной длины, наружная - с верхним концом нижний части.
Новым также является то, что внутренняя втулка соединена с верхним концом нижней части НКТ ограниченной длины, наружная - с нижним концом верхней части.
Новым также является то, что ниппель нижней части НКТ ограниченной длины выполнен в виде полированного снаружи полого штока.
Новым также является то, что клапанный узел выполнен в виде установленной на корпусе и закрепленной с одного конца эластичной кольцевой манжеты, герметично охватывающей снаружи радиальные заливные каналы.
На фигуре 1 изображена верхняя часть устройства в продольном разрезе.
На фигуре 2 изображена нижняя часть устройства в продольном разрезе.
На фигуре 3 изображен разрез А-А устройства.
Устройство для цементирования хвостовика в скважине состоит из хвостовика 1 (см. фиг.1), собранного из труб необходимой длины, верхней муфты 2 с резьбой левого направления. Хвостовик 1 соединен с разъединителем в виде переводника 3, который верхней частью соединен с подъемными трубами 4, а нижней - через верхнюю муфту 2 с колонной НКТ 5 ограниченной длины, состоящей из двух частей 5а и 5б.
Хвостовик 1 снизу связан с пакерующим узлом, состоящим из корпуса 6 с кольцевым сужением 7, жестко установленной на корпусе 6 упорной втулки 8, выше которой на корпусе 6 размещена цилиндрическая эластичная манжета 9 с кольцевыми внутренними канавками 10, опирающаяся с противоположной упорной втулки 8 стороны на подвижную втулку 11, снабженной внутренней кольцевой проточкой 12, в которую установлено пружинное стопорное кольцо 13 с насечками, взаимодействующими с насечками 14 противоположного направления на корпусе 6.
Подвижная втулка 11 снабжена срезными винтами 15, расположенными в продольных пазах 16 корпуса 6 и соединенными изнутри с направляющей втулкой 17, установленной внутри корпуса 7, соединенной с ним срезными элементами 18.
Корпус 7 пакерующего узла выше подвижной втулки 11 снабжен заливочными радиальными каналами 19.
Корпус 7 (см. фиг.1 и 2) соединен снизу с перфорированным участком хвостовика 20 (длиной от 100 до 300 метров в зависимости от длины горизонтального участка скважины (на фиг.1, 2, 3 не показано), а последний через муфту 21 с опорной втулкой 22 - с башмаком 23, имеющим проходной канал 24, причем колонна НКТ 5 ограниченной длины свой нижней частью 5б снизу соединена с ниппелем 25, герметично с возможностью осевого перемещения вставленным в центральный проходной канал опорной втулки 22.
Направляющая втулка 17 снабжена изнутри снизу кольцевой выборкой 26, а НКТ 5 ограниченной длины, выполненная из верхней 5а и нижней 5б частей, соединена между собой телескопически вставленными друг в друга с возможностью ограниченного перемещения внутрь наружной 27 и внутренней 28 втулками, наружная 27 из которых выполнена с возможностью герметичного взаимодействия при спуске с кольцевым сужением 6 корпуса 7, причем внутренняя втулка 28 снабжена ниппельным концом 28 а, а с пружинным кольцом 29 в нижней части, выполненным с возможностью герметичного взаимодействия при перемещении вниз с направляющей втулкой 17 и фиксации пружинным кольцом 29, взаимодействующим при этом с кольцевой выборкой 26 направляющей втулки 17.
Наружная 27 и внутренняя 28 втулки снабжены соответственно наружными 30 и внутренними 31 радиальными каналами, расположенными выше ниппельного конца 28а и сообщающимися между собой при перемещении внутрь друг относительно друга наружной 27 и внутренней 28 втулок.
Верхняя втулка, то есть наружная втулка 27, снабжена кольцевым расширением 32 сверху и наружным кольцевым выступом 33 с радиальными отверстиями 34 снизу.
В корпусе 7 выполнены радиальные заливные каналы 19 снаружи, снабженные клапанным узлом, в виде закрепленной с одного конца эластичной кольцевой манжеты 35, герметично охватывающей снаружи радиальные заливные каналы 19, пропускающей наружу.
Внутренняя втулка 28 соединена с нижним концом верхней части НКТ 5а ограниченной длины, наружная втулка 27 - с верхним концом нижней части НКТ 5б.
Внутренняя втулка 28 соединена с верхним концом нижней части НКТ 5б ограниченной длины, наружная втулка 27 - с нижним концом верхней части 5а.
Ниппель 25 нижней части 5б НКТ ограниченной длины выполнен в виде полированного снаружи полого штока.
Переводник 3 выполнен сборным, состоящим из наружной 36 и внутренней 37 частей, вставленных друг в друга и соединенных между собой шпонками 38, вставленными в продольные пазы 39 внутренней части 37 переводника 3, и соответствующие продольные пазы 40, открытые снизу наружной части 36 переводника 3 разъединителя.
В верхнюю муфту 2 хвостовика 1 между резьбами установлено кольцо 41 (см. фиг.3) с внутренними выступами 42, выполненными с возможностью взаимодействия со шпонками 38 при перемещении внутренней части 37 переводника 3 вниз относительно хвостовика 1 и с кольцевым расширением 32 верхней наружной втулки 28 при перемещении вверх НКТ 5 ограниченной длины относительно хвостовика 1.
Кольцо 41 с помощью срезных элементов 43 соединено с муфтой 2.
Несанкционированные перетоки жидкости исключаются уплотнительными элементами 44, 45, 46, 47.
Устройство работает следующим образом.
Устройство, как показано на фиг.1 и 2, монтируют на устье скважины с помощью двух элеваторов, причем сначала с помощью муфт соединяют между собой и спускают в скважину (на фиг.1, 2, 3 не показано) башмак 23 с проходным каналом 24, перфорированный участок хвостовика 20, пакерующий узел, хвостовик 1, муфту 2. После чего собранную компоновку под муфту 2 подвешивают на элеваторе на устье скважины. Далее приступают к сборке компоновки, спускаемой внутрь собранной. Для этого с помощью муфт монтируют сначала ниппель 25, выполненный в виде полированного снаружи полого штока, который в процессе сборки герметично посредством уплотнительных элементов 44 входит в опорное кольцо 22, затем к ниппелю 25 присоединяют нижнюю часть 5б НКТ ограниченной длины, к которой затем присоединяют соединенные между собой телескопически вставленными друг в друга наружную 27 и внутреннюю 28 втулки, верхнюю часть 5а НКТ ограниченной длины, наружную 36 и внутреннюю 37 части переводника 3, соединив их шпонкам 38, спуская их внутрь собранной компоновки, при этом в процессе спуска компоновки в скважину жидкость, находящаяся в скважине, через ниппель 25, нижнюю часть 5б НКТ ограниченной длины, радиальные отверстия 34 наружной втулки 28 поступает в верхнюю часть 5б НКТ ограниченной длины.
Длину труб НКТ 5 ограниченной длины (5а, 5б) подбирают в зависимости от длины труб хвостовика 1 с тщательным замером длины всех элементов компоновки. Кроме того, между нижним торцом внутренней втулки 28 и верхним торцом направляющей втулки 17 должно быть расчетное расстояние - h, которое подбирается с расчетом совмещения радиальных отверстий 30 и 31 соответственно наружной 27 и внутренней 28 втулок после их телескопического перемещения относительно друг друга и расположения совмещенных радиальных отверстий 30 и 31 напротив заливочных радиальных каналов 19 корпуса 6.
Затем вворачивают наружную часть 36 переводника 3 в муфту 2, вворачивают в верхнюю часть 5а трубы НКТ ограниченной длины подъемную трубу 4 и снимают элеватор из-под муфты 2 и устанавливают другой элеватор под муфту подъемной трубы 4. Таким образом, компоновка устройства, показанная на фиг.1 и 2, спускается в скважину на подъемных трубах 4 до упора на забой скважины (полная потеря нагрузки на индикаторе веса), расположенного на устье скважины, при этом перфорированный участок 20 хвостовика должен располагаться напротив продуктивного горизонта (на фиг.1, 2, 3 не показано). Затем вращением колонны подъемных труб 4 вправо разъединяют наружную часть 36 от внутренней части 37 переводника 3.
Далее колонну подъемных труб 4 приподнимают на 1-2 метра, и убедившись в том, что наружная часть 36 разъединилась от внутренней части 37 переводника 3 (появляется нагрузка на индикаторе веса, установленного на устье скважины), соответствующая весу колонны промывочных труб 4, а также колонны НКТ 5 (5а, 5б) ограниченной длины, деталей 27, 28 и ниппеля 25, вышеуказанную компоновку опускают вниз, при этом при контакте нижних торцов шпонок 38 с верхними торцами внутренних выступов 42 (см. фиг.3) кольца 41 колонны НКТ проворачивают вправо или влево до проваливания шпонок 38 под кольцо 41.
Далее разгружают колонну подъемных труб 4 (см. фиг.1 и 2) посредством верхней части 5а колонны НКТ ограниченной длины на соединенные телескопически между собой наружную 27 и внутреннюю 28 втулки, при этом сначала наружная втулка 27 перемещается относительно (см. фиг.1) внутренней втулки 28 до упора наружным кольцевым выступом 33 наружной втулки 27 в верхний торец ниппельного конца 28а внутренней втулки 28, при этом радиальные отверстия 30 и 31 соответственно наружной 27 и внутренней 28 втулок после их телескопического перемещения относительно друг друга совмещаются между собой, а герметичность достигается благодаря уплотнительному элементу 47. При дальнейшей разгрузке наружная втулка 27 своим наружным кольцевым выступом 33, упертая в верхний торец ниппельного конца 28а, толкает вниз ниппельный конец 28а, при этом происходит перемещение ниппельного конца 28а внутренней втулки 28 и всех элементов, с ним соединенных, вниз до тех пор, пока пружинное кольцо 29, находящееся снаружи ниппельного конца 28, не зафиксируется снизу в кольцевой выборке 26 направляющей втулки 17, при этом нижний торец внутренней втулки 28 упирается в верхний торец направляющей втулки 17, переместившись на расчетное расстояние - h.
Разгрузку колонны подъемных труб 4 продолжают, при этом благодаря тому, что нижний торец внутренней втулки 28 уперт в верхний торец направляющей втулки 17, разрушаются срезные элементы 18 направляющей втулки 17, и последняя под действием веса колонны промывочных труб 4 и всех элементов, с ней соединенных, опускается вниз, при этом благодаря срезным винтам 15, расположенным в продольных пазах 16 корпуса 6 и соединенным снаружи с подвижной втулкой 11, происходит перемещение последней, которая сжимает вниз цилиндрическую эластичную манжету 9 с кольцевыми внутренними канавками 10 относительно неподвижной упорной втулки 8. В результате цилиндрическая эластичная манжета 9 благодаря своим кольцевым внутренним канавкам 10 изгибается радиально наружу и прижимается к внутренним стенкам скважины, при этом пружинное стопорное кольцо 13 с насечками, размещенное во внутренней кольцевой проточке 12, фиксируется на насечках 14 противоположного направления, выполненных на корпусе 7, в этот момент совмещенные ранее радиальные отверстия 30 и 31 соответственно наружной 27 и внутренней 28 втулок размещаются напротив радиальных заливных каналов 19 корпуса 6.
Подачей технологической жидкости в колонну подъемных труб 4 вызывают циркуляцию технологической жидкости через совмещенные радиальные отверстия 30 и 31 соответственно наружной 27 и внутренней 28 втулок. Далее технологическая жидкость поступает в радиальные заливочные каналы 19, поскольку радиальные отверстия 34 наружной втулки 27 герметично перекрыты внутренней поверхностью ниппельной части 28а внутренней втулки 28, а сверху наружная втулка 27, снабженная кольцевым расширением 32, герметично посредством уплотнительных элементов 46 взаимодействует кольцевым сужением 7 корпуса 6, при этом снизу уплотнительные элементы 45 ниппельной части 28а внутренней втулки 28 взаимодействуют с внутренней поверхностью направляющей втулки 17. Из радиальных заливочных каналов 19 технологическая жидкость через клапанный узел, выполненный в виде закрепленной с одного конца эластичной кольцевой манжеты 35, герметично охватывающей снаружи радиальные заливные каналы 19 и пропускающей наружу, по межколонному пространству (на фиг.1, 2, 3 не показано), поднимается на устье (на фиг.1, 2, 3 не показано) скважины.
После появления циркуляции на устье скважины закачивают в колонну подъемных труб 4 расчетное количество цементного раствора, достаточного для цементирования хвостовика 1 от нижнего торца до верхнего торца. После закачки цементного раствора в колонну подъемных труб туда же закачивают жидкость продавки и продавливают цементный раствор по тем же отверстиям и каналам, как и технологическую жидкость (см. описание выше) в межколонное пространство, при этом цементным раствором заливается межколонное пространство между хвостовиком 1 и скважиной.
Далее поднимают колонну подъемных труб 4 вверх на 5-7 метров вверх, при этом ниппель 25 выходит из взаимодействия с опорным кольцом 22 и прямой промывкой, то есть подачей промывочной жидкости в колонну подъемных труб 4 вымывают остатки цементного раствора из пространства 48 на устье скважины.
Предлагаемое устройство для цементирования хвостовика в скважине легко собирается на устье скважины путем поочередной сборки сначала колонны хвостовика и узлов, с ним соединяющихся, а затем спуском в колонну хвостовика колонны НКТ и узлов, с ней соединяющихся. Повышение надежности работы устройства, связанное с гарантированной закачкой цементного раствора в межколонное пространство, обеспечивается исключением спуско-подъемных операций, связанных с подгонкой оборудования перед закачкой цементного раствора.