Муфта для ступенчатого цементирования обсадной колонны в скважине
COLLAR FOR STAGE CEMENTING OF CASING STRING IN A WELL

Предложение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к области строительства нефтяных и газовых скважин, а именно к устройствам для ступенчатого цементирования обсадной колонны в две ступени.
Известна муфта для ступенчатого цементирования обсадных колонн (патент RU № 2074311, МПК E21B 33/14, опубл. 27.02.97 г.), содержащая корпус с упором и цементировочными отверстиями, заглушенными пробками, снабженными уплотнительными кольцами. Внутри корпуса выше цементировочных отверстий установлена запирающая заслонка в виде обоймы с диаметром равным внутреннему диаметру обсадной колонны и снабжена шариковым фиксатором, а также посадочным седлом из легко разбуриваемого материала, закрепленным к заслонке с помощью шпильки.
Недостатками известной муфты являются сложность конструкции и не технологичность изготовления, а также недостаточная надежность её при эксплуатации скважины.
Наиболее близкой к предлагаемой является муфта для ступенчатого цементирования обсадной колонны (патент RU № 179007, МПК E21B 33/14, опубл. 24.04.2018 г.), содержащая корпус с цементировочными отверстиями, заглушенными пробками, закрепленными разрывными винтами, с внутренним кольцевым уступом, выполненным ниже от цементировочных отверстий, присоединительными резьбами на концах, к верхнему концу из которых присоединен переводник, запирающую заслонку в виде гильзы, установленную внутри корпуса выше от цементировочных отверстий, разбуриваемое седло, установленное внутри запирающей заслонки, закрепленные с помощью срезаемого штифта к кольцу, установленному в стыке между переводником и корпусом, удерживающего их от падения, при этом запирающая заслонка снабжена фиксатором, выполненным в виде пружинного разрезного кольца, установленного в проточке, выполненной с наружной ее стороны с возможностью фиксации в ответной проточке корпуса, при этом верхний торец корпуса седла выполнен с наружным кольцевым выступом, опирающимся о верхний торец запирающей заслонки.
Недостатком известной муфты является то, что при ремонтных работах в скважине приходится устанавливать цементный мост, при разбуривании которого зафиксированная заслонка может выйти из строя и перестать выполнять свою функцию. При этом полость цементировочного отверстия остается без защиты, хотя и заполнена цементным камнем, которая под воздействием знакопеременных нагрузок быстро разрушается, являясь причиной поступления жидкости из заколонного пространства вовнутрь. Это приводит к коррозии обсадной колонны, а также к обводнению продукции скважины.
Техническими задачами являются повышение надежности и работоспособности муфты для ступенчатого цементирования обсадной колонны за счет обеспечения высокой герметичности закрытия цементировочных отверстий устройства и его долговечности при эксплуатации скважины, увеличение межремонтного периода работы скважины и снижение материальных затрат на её эксплуатацию, упрощение сборки и снижение металлоемкости муфты.
Технические задачи решаются муфтой для ступенчатого цементирования обсадной колонны в скважине, включающей полый корпус с внутренним уступом и с присоединительными резьбами на концах, к верхней резьбе которого присоединен переводник, цементировочные отверстия, закрытые разрушаемыми элементами, уплотнительные кольца, установленные выше цементировочных отверстий, запирающую заслонку, установленную внутри корпуса выше цементировочных отверстий и снабженную фиксатором в виде разрезного пружинного кольца, разбуриваемое посадочное седло, установленное внутри запирающей заслонки, закрепленной срезаемым штифтом к кольцу, установленному в стыке между корпусом и его переводником.
Новым является то, что корпус выполнен утолщенным, на наружной поверхности которого выполнены продольные пазы, при этом цементировочные отверстия выполнены между продольными пазами и снабжены подпружиненными клапанами, работающими на открытие с внутренней стороны корпуса, корпус седла клапана установлен герметично и с наружной стороны снабжен опорной площадкой для пружины клапана с выполненными отверстиями для прохода цементного раствора, разрушаемые элементы, закрывающие цементировочные отверстия, выполнены в виде срезаемых стаканов, установленных с внутренней стороны корпуса, при этом срезаемые стаканы закрыты пробкой и жестко закреплены  к корпусу седла клапана или выполнены заодно с корпусом седла клапана, в верхней части запирающей заслонки выполнена внутренняя проточка, образующая уступ с возможностью размещения разбуриваемого посадочного седла с ответным выступом под уступ запирающей заслонки.
На фиг. 1 изображена муфта для ступенчатого цементирования обсадной колонны в скважине в частичном продольном разрезе.
На фиг. 2 изображена муфта для ступенчатого цементирования обсадной колонны в скважине после окончания цементирования.
На фиг. 3 изображен клапанный узел, вмонтированный в цементировочное отверстие корпуса с подпружиненным клапаном.
На фиг. 4 изображен клапанный узел в рабочем положении.
На фиг. 5 изображена верхняя часть заслонки в исходном положении.
На фиг. 6 сечение С-С фиг. 2.
Муфта для ступенчатого цементирования (МСЦ) обсадной колонны (на фиг. 1-6 не показана) в скважине содержит полый корпус 1 (см. фиг. 1) с внутренним уступом 2 в нижней части и с присоединительными резьбами 3 и 4 на концах, к верхней резьбе 3 которого присоединен переводник 5, и цементировочные отверстия 6.
Корпус 1 муфты выполнен утолщенным. На наружной поверхности утолщенного корпуса 1 выполнены продольные пазы 7 (см. фиг. 6), при этом цементировочные отверстия 6 (см. фиг. 1) выполнены между продольными пазами и снабжены подпружиненными клапанами 8 (далее – клапан), работающими на открытие с внутренней стороны корпуса 1. В качестве подпружиненных клапанов 8 могут быть использованы, например, подпружиненные шаровые или тарельчатые клапана. Выполнение продольных пазов 7 (см. фиг. 6) на корпусе 1 (см. фиг. 1) муфты обеспечивает сохранение пропускной способности цементного раствора в кольцевом зазоре между муфтой и колонной (из-за утолщения корпуса), а также снижает её металлоемкость. При этом корпус седла 9 (см. фиг. 3) клапана 8 установлен герметично и с наружной стороны снабжен опорной площадкой 10 для пружины 11 клапана 8 с выполненными отверстиями 12 для прохода цементного раствора.
Цементировочные отверстия 6 закрыты разрушаемыми элементами (см. фиг.1 и 3), выполненными в виде срезаемых стаканов 13 (далее – срезаемые стаканы), установленных внутри корпуса 1. Срезаемые стаканы 13 закрыты пробкой 14 и жестко закреплены к корпусу седла 9 клапана 8 или выполнены заодно с корпусом седла 9 клапана 8. При этом срезаемые стаканы 13 оснащены защитным кожухом 15 (см. фиг. 3).
МСЦ также содержит запирающую заслонку 16 (см. фиг. 1, 2 и 5), установленную внутри корпуса 1 выше цементировочных отверстий 6 (см. фиг. 1), выполненную в виде гильзы, закрепленную срезаемым штифтом 17 (см. фиг. 5) к кольцу 18, установленному в стыке между переводником 5 и корпусом 1.  В верхней части заслонки 16 выполнена внутренняя проточка (на фиг. 5 показана условно), образующая уступ 19 (см. фиг. 5) в которой, концентрично установлено разбуриваемое посадочное седло 20 (далее – седло) с ответным выступом 21 под уступ 19 заслонки 16.
Для исключения эффекта поршневания запирающей заслонки 16, когда она находится в рабочем положении, т.е. после закрытия цементировочных отверстий 6 (см. фиг.1 и 2), она снабжена фиксатором, выполненным в виде пружинного разрезного кольца 22, установленного в проточке 23, выполненной с наружной стороны запирающей заслонки 16 с возможностью фиксации в ответной проточке 24 корпуса 1. Для предотвращения проворота при разбуривании цементировочной пробки (на фиг.1-6 не показана) после окончания цементировочных работ седло 20 (см. фиг. 1, 5) выполнено с внутренней конической поверхностью 25 (см. фиг.5) под конус цементировочной пробки.
МСЦ также содержит уплотнительные кольца 26, 27 и 28 (см. фиг. 1 и 2), которые обеспечивают герметичность контактных зон запирающей заслонки 16 с корпусом 1, уплотнительное кольцо 29 - по резьбовому соединению корпуса 1 с переводником 5, а корпус седла 9 герметизирован с корпусом 1 уплотнительным кольцом 30 (см. фиг. 3 и 4).
Муфта для ступенчатого цементирования обсадной колонны в скважине работает следующим образом.
После сборки муфту (см. фиг. 1) подвергают гидравлическим испытаниям. Если она выдерживает испытание на герметичность поверочным давлением, полость седла 9 клапана 8 заполняют вязко-пластичным веществом 31 (см. фиг. 3), упаковывают и отправляют на склад готовой продукции. В собранном виде ее доставляют и спускают в скважину в составе обсадной колонны.
Затем цементируют первую ступень скважины, закачав расчетный объем цементного раствора.
Вслед за последней порцией цементного раствора первой ступени в скважину запускают первую цементировочную пробку, которую продавливают продавочной жидкостью до посадки ее на стоп-кольцо (на фиг. 1-6 не показано), установленное в нижнем конце обсадной колонны, что регистрируется манометром на устье скважины резким повышением давления. Но, не дожидаясь, когда она сядет на стоп-кольцо, что определяется расчетным путем, пускают промежуточную пробку со срезающим элементом, которая, достигая срезаемого стакана 13 (см. фиг. 1, 2), срезает его, при котором первая цементировочная пробка садится на стоп-кольцо. В открывшееся цементировочное отверстие 6 промывочная жидкость под давлением отжимает клапан 8 и, выдавливая вязко-пластичную массу через отверстия 12, попадает в заколонное пространство, и далее идет вымывание излишков цементного раствора, находящегося выше цементировочного отверстия 6.
Далее приступают к цементированию второй ступени. Через цементировочное отверстие 6 и отверстия 12 закачивают расчетный объем цементного раствора, необходимого для цементирования колонны второй ступени. Под напором цементного раствора подпружиненный клапан 8 отжимается (см. фиг. 4) и раствор через отверстие 12 попадает в заколонное пространство.
В стадии завершения закачки пускают следующую цементировочную пробку и продавливают её до посадки на седло 20 (см. фиг. 1, 2).
Далее давление повышают до расчетной величины, при котором срезаются срезаемые штифты 17, что отмечается на устье резким падением давления. При этом посадочное седло 20, связанная с ним запирающая заслонка 16 вместе с цементировочной пробкой направляется вниз до упора нижнего торца запирающей заслонки 16 на уступ 2 корпуса 1. Этот момент также регистрируется на устье манометром резким повышением давления. Это означает, что цементировочные отверстия 6 закрыты запирающей заслонкой 16. После чего подпружиненный клапан 8 возвращается в исходное положение (см. фиг. 1). Надежность фиксации запирающей заслонки 16 обеспечивается пружинным разрезным кольцом 22, которое расправляется в проточке 24, а герметичность контактных зон заслонки - уплотнительными кольцами 26, 27 и 28.
Далее внутри колонны давление сбрасывают и после ожидания затвердевания цемента (ОЗЦ) цементного раствора посадочное седло 20 вместе с цементировочной пробкой разбуривают, открывая проходной канал МСЦ и доступ к стволу скважины для последующей эксплуатации.
Предлагаемая муфта для ступенчатого цементирования обсадной колонны в скважине обладает повышенной работоспособностью и надежностью за счет обеспечения высокой герметичности закрытия цементировочных отверстий с обеих сторон – заслонкой и клапаном, предотвращая тем самым доступ в скважину агрессивной пластовой жидкости из заколонного пространства. А это в свою очередь позволит предотвратить коррозию труб, а также обводнение продукции скважины. В конечном итоге использование муфты на нефтяных промыслах приведет к сокращению ремонтно-изоляционных работ и снижению связанных с этим затрат времени и материальных затрат. Предлагаемая муфта проста по конструкции, технологична в изготовлении и сборке, обладает малой металлоемкостью.