КЛАПАН ДЛЯ ОБСАДНОЙ КОЛОННЫ

Предложение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности, к цементированию обсадных колонн.
Известен «Клапан для обсадной колонны» (авторское свидетельство SU №1812304, МПК ТЕ 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 «Клапан для обсадных колонн» (патент RU №2250355, МПК 7 Е 21 В 34/06, 33/14, опубл. в бюл. №11 от 20.04.2005 г.), включающий ограничитель с седлом и боковыми каналами, обратный клапан, размещенный снизу, втулку, установленную в осевом канале ограничителя на срезных элементах над боковыми каналами с возможностью их герметичного перекрытия, при этом ограничитель дополнительно оборудован стопором, взаимодействующим с втулкой в ее нижнем положении, причем наружная поверхность ограничителя выше боковых каналов снабжена эластичным кольцом с упором и выполнена с возможностью герметичной установки ограничителя в требуемом интервале между трубами обсадной колонны при их сборке, при этом седло выполнено с цилиндрической выборкой на нижней плоскости ограничителя, а обратный клапан выполнен тарельчатым, подпружиненным с возможностью поворота относительно крепления к ограничителю, состоящим из жестко соединенных между собой эластичной манжеты, центратора и цилиндрической пластины, на которой выполнена кольцевая проточка, установленная напротив внутренней нижней плоскости ограничителя, причем наружная плоскость
цилиндрической пластины размещена напротив седла ограничителя, при этом эластичная манжета расположена между нижней плоскостью ограничителя и цилиндрической пластиной.
Недостатками данной конструкции клапана являются:
во-первых, сложность конструкции, обусловленная большим количеством резиновых элементов и металлических колец;
во-вторых, невозможно провести опрессовку обсадной колонны перед ее цементированием без спуска дополнительного опрессовочного оборудования (например, пакера).
Задачей полезной модели является упрощение конструкции клапана для обсадной колонны, а также возможность проведения опрессовки обсадной колонны в скважине непосредственно перед ее цементированием без спуска в обсадную колонну дополнительного опрессовочного оборудования.
Указанная задача решается предлагаемым клапаном для обсадной колонны, включающим ограничитель с седлом и боковыми каналами, обратный клапан, втулку со срезными элементами, при этом втулка имеет возможность герметичного перекрытия боковых каналов ограничителя, причем ограничитель дополнительно оборудован стопором.
Новым является то, что ограничитель снизу соединен с обсадной колонной, которая оборудована снизу нижней муфтой, снабженной внизу изнутри цилиндрической выборкой, куда вставлен с возможностью осевого перемещения вверх полый хвостовик, на верхнем конце которого закреплен поперечный упор, при этом полый хвостовик зафиксирован относительно нижней муфты в нижнем положении срезными штифтами, причем втулка заглушена снизу и телескопически установлена снизу на ограничитель, при этом втулка имеет возможность взаимодействия с поперечным упором с последующим разрушением срезных элементов и перемещением ее в верхнее положение, в котором втулка имеет возможность герметичного перекрытия боковых каналов ограничителя снаружи и взаимодействия со стопором, выполненным в виде верхней плоскости седла ограничителя, при этом обратный клапан расположен сверху и выполнен в виде продавочной пробки с герметизирующей головкой снизу и кольцевой выборки, выполненной на внутренней поверхности в верхней части ограничителя, причем кольцевая выборка ограничителя фиксирует герметизирующую головку продавочной пробки в ограничителе после взаимодействия продавочной пробки с верхним торцом ограничителя, при этом герметизирующая головка продавочной пробки герметично перекрывает изнутри радиальные каналы ограничителя.
На фигуре изображен предлагаемый клапан для обсадной колонны в продольном разрезе.
Клапан для обсадной колонны включает заглушенный снизу ограничитель 1 с седлом 2 и боковыми каналами 3, втулку 4 со срезными элементами 5, при этом втулка 4 имеет возможность герметичного перекрытия боковых каналов 3 ограничителя 1. Ограничитель 1 дополнительно оборудован стопором 6, выполненным в виде верхней плоскости седла 2 ограничителя 1.
Ограничитель 1 снизу соединен с обсадной колонной 7, которая оборудована снизу нижней муфтой 8, снабженной внизу изнутри цилиндрической выборкой 9, куда вставлен с возможностью осевого перемещения вверх полый хвостовик 10.
На верхнем конце полого хвостовика 10 закреплен поперечный упор 11. Полый хвостовик 10 зафиксирован в нижнем положении относительно нижней муфты 8 срезными штифтами 12.
Втулка 4 заглушена снизу и телескопически установлена снизу на ограничитель 1. Втулка 4 имеет возможность взаимодействия с поперечным упором 11 полого хвостовика 10 с последующим разрушением срезных элементов 5 и перемещением втулки 4 в верхнее положение, в котором втулка 4 имеет возможность герметичного перекрытия боковых каналов 3 ограничителя 1 снаружи и взаимодействия со стопором 6.
Обратный клапан расположен сверху и выполнен в виде продавочной пробки 13 с герметизирующей головкой 14 снизу и кольцевой выборки 15, выполненной на внутренней поверхности в верхней части ограничителя 1.
Кольцевая выборка 15 ограничителя 1 фиксирует герметизирующую головку 14 продавочной пробки 13 в ограничителе 1 после взаимодействия нижнего торца 16 продавочной пробки 13 с верхним торцом 17 ограничителя 1, при этом герметизирующая головка 14 продавочной пробки 13 герметично перекрывает изнутри радиальные каналы 3 ограничителя 1.Необходимая герметичность при работе клапана обеспечивается уплотнительным элементом 18.
Клапан для обсадных колонн работает следующим образом.
После подготовительных работ на скважине (на фиг. не показано) в нее спускают обсадную колонну 7, оборудованную снизу предлагаемым клапаном для обсадной колонны. В процесс спуска обсадной колонны 7 в скважину находящаяся в скважине жидкость свободно перетекает снизу вверх сквозь боковые каналы 3 ограничителя 1, заполняя внутреннее пространство обсадной колонны 7. Спуск обсадной колонны 7 в скважину продолжают до упора нижнего торца полого хвостовика 10 на забой (на фиг. не показано) скважины.
Далее производят разгрузку обсадной колонны 7 на устройство, при этом разрушаются срезные штифты 12 и обсадная колонна 7 вместе с жестко закрепленными на ее нижнем конце ограничителем 1 и нижней муфтой 8 опускаются вниз по цилиндрической выборке 9 относительно упертого на забой скважины полого хвостовика 10, при этом сначала втулка 4 своим нижним заглушенным торцом упирается в поперечный упор 11 и при последующей разгрузке обсадной колонны 6 на устройство разрушаются срезные элементы 5 втулки 4 о нижний торец ограничителя 1, втулка 4 перемещается в верхнее положение, в котором своим верхним торцом упирается в стопор 6 седла 2 ограничителя 1, о чем свидетельствует падение веса обсадной колонны 7 до нуля на индикаторе веса (на фиг. не показано), установленного на устье скважины, при этом втулка 4 герметично посредством уплотнительного элемента 18 перекрывает снаружи боковые каналы 3 ограничителя 1.
Производят долив обсадной колонны 7 до устья скважины технологической жидкостью и опрессовывают обсадную колонну 7 на необходимое давление с необходимой выдержкой по времени.
Убедившись в герметичности обсадной колонны 7 ее приподнимают вверх на 1-2 метра, при этом сначала ограничитель 1 и нижняя муфта 8, жестко закрепленные на нижнем конце обсадной колонны 7 поднимаются вверх относительно остающегося на месте полого хвостовика 10 с закрепленным на его верхнем конце поперечным упором 11, причем сначала втулка 4 выходит из взаимодействия со стопором 6 седла 2, а затем втулка 4 полностью выходит из герметичного взаимодействия с седлом 2 ограничителя 1, при этом боковые каналы 3 ограничителя 1 полностью открываются и лишь после этого заглушенная снизу втулка 4 выходит из взаимодействия с поперечным упором 11 полого хвостовика 10, при этом полый хвостовик 10 оказывается в нижней части цилиндрической выборки 9 нижней муфты 8. Подъем обсадной колонны 7 продолжают и нижний торец полого хвостовика 10 приподнимается с забоя, обеспечивая гидравлическую связь между внутренним пространством обсадной колонны 7 и заколонным пространством скважины.
Клапан для обсадной колонны готов к цементированию обсадной колонны 7.
Для этого закачивают в обсадную колонну 7 необходимое количество цементного раствора. Далее на устье скважины устанавливают в обсадную колонну 7 продавочную пробку 13 герметизирующей головкой 14 вниз.
Подачей продавочной жидкости в обсадную колонну 7 начинают продавку цементного раствора, при этом цементный раствор из обсадной колонны 7 сквозь радиальные каналы 3 ограничителя 1 и далее через внутренние пространства нижней
муфты 8 и полого хвостовика 10 продавливается в заколонное пространство (на фиг. не показано) скважины.
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 7, что свидетельствует о том, что продавочная пробка 13 своим нижним торцом 16 уперлась в верхний торец 17 ограничителя 1 и герметизирующей головкой 14 вошла внутрь ограничителя 1.
Давление продавки сбрасывают, при этом продавочная пробка 13 герметизирующей головкой 14 фиксируется в ограничителе 1 за его кольцевую выборку 15 и герметично изнутри ограничителя 1 перекрывает его радиальные каналы 3.
Далее скважину оставляют на ОЗЦ (ожидание затвердевания цемента), при этом обратный клапан благодаря герметичной фиксации герметизирующей головки продавочной пробки 13 в ограничителе 1 исключает обратное поступление цементного раствора из заколонного пространства скважины в обсадную колонну 7.
Предлагаемый клапан для обсадной колонны имеет простую конструкцию, что повышает надежность работы устройства, 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.