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 RU №2086752, МПК 6 Е 21 В 33/14, опубл. в 1997 г.).
Недостатки устройства:
- необходимость долива скважины во время спуска обсадной колонны;
- при средних и высоких скоростях спуска обсадной колоны 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 является устройство для цементирования обсадной колонны в скважине (патент на полезную модель RU №42855, МПК 7 Е 21 В 33/14, опубл. в бюл. №35 от 20.12.2004 г.), включающее «стоп-кольцо» в виде заглушенного снизу патрубка с продольными и радиальными каналами с кольцевым уступом и конусной поверхностью внизу, телескопически к которому в нижней муфте установлено опорное кольцо, снабженное срезными элементами, свободные концы которых выходят в продольные пазы патрубка и имеют 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 кольцевую 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.
Недостатками данной конструкции устройства являются:
во-первых, сложность конструкции, обусловленная большим количеством узлов и деталей;
во-вторых, высокая вероятность заклинивания патрубка в опорном кольце, что ведет к потере герметичности устройства, и, как следствие, к обратному выходу тампонажного раствора из заколонного пространства скважины в обсадную колонну;
в-третьих, необходимо использование осреднительных емкостей, устанавливаемых на устье скважины для приготовления тампонажного раствора;
Задачей полезной модели является упрощение конструкции и исключение использования осреднительных емкостей, устанавливаемых на устье скважины для приготовления тампонажного раствора, а также гарантированное исключение поступления закаченного в заколонное пространство скважины тампонажного раствора обратно в обсадную колонну.
Указанная задача решается предлагаемым устройством для цементирования обсадной колонны в скважине, включающим «стоп-кольцо» в виде заглушенного снизу патрубка с кольцевой выборкой, установленное в нижней муфте обсадной колонны опорное кольцо с возможностью телескопического взаимодействия с патрубком, срезной элемент, колонну промывочных труб, соединенную с патрубком.
Новым является то, что снизу обсадная колонна оснащена обратным клапаном, а патрубок выполнен полым и жестко соединен с колонной промывочных труб, при этом патрубок оснащен кольцевым выступом сверху, а центральное отверстие опорного кольца выполнено с возможностью герметичного перекрытия патрубком, причем снизу центральное отверстие опорного кольца снабжено кольцевой проточкой, при этом колонна промывочных труб снабжена продавочной пробкой, устанавливаемой в нее перед продавкой тампонажного раствора в заколонное пространство обсадной колонны, а снизу оснащена радиальными каналами, ниже которых внутри колонны промывочных труб герметично расположена заглушенная снизу втулка, зафиксированная срезным элементом, причем на наружной поверхности втулки установлено стопорное кольцо, фиксирующее втулку в кольцевой проточке опорного кольца после ее осевого перемещения вниз в следствии взаимодействия с продавочной пробкой.
На фигуре изображено предлагаемое устройство в продольном разрезе, спущенное в скважину.
Устройство для цементирования обсадной колонны 1 в скважине включает «стоп-кольцо» в виде заглушенного снизу патрубка 2 с кольцевой выборкой 3, а также герметично установленное в нижней муфте 4 обсадной колонны 1 опорное кольцо 5,
имеющее возможность телескопического взаимодействия с патрубком 2, а также колонну промывочных труб 6, соединенную с патрубком 2. Патрубок 2 выполнен полым и жестко соединен с колонной промывочных труб 6. Патрубок 2 оснащен кольцевым выступом 7 сверху. Снизу обсадная колонна 1 оснащена обратным клапаном 8 любой известной конструкции.
Центральное отверстие 9 опорного кольца 5 выполнено с возможностью герметичного перекрытия патрубком 2. Снизу центральное отверстие 9 опорного кольца 5 снабжено кольцевой проточкой 10. Колонна промывочных труб 6 снабжена продавочной пробкой 11, устанавливаемой в нее перед продавкой тампонажного раствора в заколонное пространство 12 обсадной колонны 1.
Снизу колонна промывочных труб 6 оснащена радиальными каналами 13, ниже которых внутри колонны промывочных труб 6 герметично расположена заглушенная снизу втулка 14, зафиксированная срезным элементом 15.
На наружной поверхности втулки 14 установлено стопорное кольцо 16, фиксирующее втулку 14 в кольцевой проточке 10 опорного кольца 5 после осевого перемещения втулки 14 вниз в следствии взаимодействия ее с продавочной пробкой 11.
Уплотнительный элемент 17 обеспечивает герметичность между сопрягаемыми поверхностями центрального отверстия 9 опорного кольца 5 и втулки 12 при их взаимодействии.
Нижняя муфта 4 и башмачная муфта 18 соединены между собой переходником 19 обсадной колонны 1. На нижнем конце башмачной муфты 18 установлена башмачная труба 20, имеющая сквозные отверстия 21.
Устройство работает следующим образом.
После подготовительных работ на скважине в нее на проектную глубину спускают обсадную колонну 1, оснащенную на нижнем конце башмачной трубой 20 с обратным клапаном 8, закрепленным в башмачной муфте 18, а также герметично установленным выше обратного клапана 8 в составе обсадной колонны 1 опорным кольцом 5.
Затем внутрь обсадной колонны 1 спускают колонну промывочных труб 6, оснащенную на конце патрубком 2 и втулкой 14, зафиксированной посредством срезного элемента 15 в колонне промывочных труб 6 ниже радиальных каналов 13.
Спуск колонны промывочных труб 6 в обсадную колонну 1 прекращают тогда, когда находящийся на конце колонны промывочных труб 6 патрубок 2, своей кольцевой выборкой 3 герметично вступит во взаимодействие с центральным отверстием 9 опорного кольца 5, при этом кольцевой выступ 7 патрубка 2 упрется сверху на опорное кольцо 5.
После этого герметизируют устье скважины между обсадной колонной 1 и колонной промывочных труб 6 и начинают приготовление тампонажного раствора.
Для этого закачивают жидкость с устья скважины в колонну промывочных труб 6, и далее через ее радиальные каналы 13 в межколонное пространство 22, а оттуда вверх на устье скважины, а затем вновь в промывочные трубы 6, то есть круговой циркуляцией приготавливают тампонажный раствор, добавляя при этом тампонажный материал (межколонное пространство 22 используется в качестве осреднительной емкости).
Заглушенная снизу втулка 14, герметично зафиксированная в колонне промывочных труб 6 ниже ее радиальных каналов 13, а также патрубок 2, жестко закрепленный на конце колонны промывочных труб 6, благодаря герметичному взаимодействию с опорным кольцом 5 исключают проникновение приготавливаемого тампонажного раствора ниже опорного кольца 5 обсадной колонны 1.
После стабилизации тампонажного раствора по плотности круговую циркуляцию прекращают. Приготовленный таким образом, цементный раствор готов к продавке в заколонное пространство 12 обсадной колонны 1.
Далее приподнимают колонну промывочных труб 6 вверх примерно на 1 метр, при этом жестко закрепленный на конце колонны промывочных труб 6 патрубок 2 своей кольцевой выборкой 3 выходит из герметичного взаимодействия с центральным отверстием 9 опорного кольца 5. В результате появляется гидравлическая связь между внутренним пространством обсадной колонны 1 и заколонным пространством 12 скважины.
Герметизируют колонну промывочных труб 6 на устье скважины, после чего закачивают и продавливают в межколонное пространство 22 расчетный объем продавочной жидкости, оставив примерно 100 л тампонажного раствора в межколонном пространстве 22 с учетом того, чтобы после продавки верхний уровень тампонажного раствора находился выше радиальных каналов 13 колонны промывочных труб 6 с целью исключения смешивания продавочной жидкости с тампонажным раствором, находящимся внутри колонны промывочных труб 6.
В процессе закачки продавочной жидкости в межколонное пространство 22 цементный раствор, находящийся в межколонном пространстве 22 продавливается оттуда сквозь центральное отверстие 9 опорного кольца 5, переходник 19 обсадной колонны 1, обратный клапан 8 через сквозные отверстия 21 башмачной трубы 20 в заколонное пространство 12 обсадной колоны 1, по которому поднимается вверх.
Герметизируют на устье скважины межколонное пространство 22 и разгерметизируют на устье колонну промывочных труб 6.
Затем на устье скважины в колонну промывочных труб 6 устанавливают продавочную пробку 11 и закачкой в колонну промывочных труб 6 продавочной жидкости продавливают продавочную пробку 11 вниз по колонне промывочных труб 6.
В процессе перемещения продавочной пробки 11 вниз по колонне промывочных труб 6 тампонажный раствор, находящийся в колонне промывочных труб 6 продавливается сквозь радиальные каналы 13 в межколонное пространство 22, откуда сквозь центральное отверстие 9 опорного кольца 5, переходник 19 обсадной колонны 1, обратный клапан 8 через сквозные отверстия 21 башмачной трубы 20 попадает в заколонное пространство 21, по которому поднимается вверх.
При этом в определенный момент на манометре насосного агрегата закачивающего в колонну промывочных труб 6 продавочную жидкость резко возрастает давление, что свидетельствует о том, что продавочная пробка 11 уперлась во втулку 14, зафиксированную срезным элементом 15 в колонне промывочных труб 6. После этого давление в колонне промывочных труб 6 сбрасывают.
Опускают колонну промывочных труб 6 вниз до тех пор, пока патрубок 2 кольцевой выборкой 3 герметично не вступит во взаимодействие с центральным отверстием 9 опорного кольца 5, при этом кольцевой выступ 7 патрубка 2 сверху упрется на опорное кольцо 5.
Далее в колонне промывочных труб 6 вновь создают давление, которое поднимается благодаря герметизации на устье межколонного пространства 19 и герметичной посадке патрубка 2 на опорном кольце 5. Давление в колонне промывочных труб 6 повышают до разрушения срезного элемента 15 продавочной пробкой 11. В результате, заглушенная снизу втулку 14 по колонне промывочных труб 6 опускается вниз, и при достижении стопорным кольцом 16 кольцевой проточки 10 опорного кольца 5, стопорное кольцо 14 попадает в нее и фиксирует втулку 14 относительно опорного кольца 5 обсадной колонны 1.
В результате втулка 14 герметично посредством уплотнительного элемента 17 находится во взаимодействие с центральным отверстием 9 опорного кольца 5, в связи с чем гарантировано исключается обратное поступление цементного раствора из заколонного пространства 12 внутрь обсадной колонны 1, если обратный клапан 8 пропускает снизу вверх.
Далее производят промывку скважины, например, обратную (подачей промывочной жидкости в межколонное пространство 22) и вымывают остатки тампонажного раствора из колонны промывочных труб 6 и межколонного пространства 22 скважины.
Далее колонну промывочных труб 6 с патрубком 2 на конце поднимают на поверхность, а скважину оставляют на ОЗЦ (ожидание затвердевания цемента).
Предлагаемое устройство для цементирования обсадной колонны имеет простую конструкцию и позволяет исключить использование осреднительных емкостей, устанавливаемых на устье скважины для приготовления цементного раствора, в связи чем упрощается технология приготовления тампонажного раствора, так как для этой цели используется межколонное пространство скважины. Кроме того, устройство гарантированно исключает поступление продавленного в заколонное пространство скважины цементного раствора обратно внутрь обсадной колонны, благодаря установке на нижнем конце обсадной колонны друг под другом «стоп-кольца» и обратного клапана.