УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ ХВОСТОВИКА В СКВАЖИНЕ

Предложение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к строительству и ремонту скважин.
Известно разъединительное устройство (патент RU №2136840 МПК 7 Е 21 В 17/06, 43/10, опубл. бюл. №25 от 10.09.1999 г.), включающее выполненные с возможностью телескопического взаимодействия между собой внутренний и наружный корпуса с шариковым фиксатором между ними, седло, выполненное с возможностью телескопического взаимодействия с внутренним корпусом и шариковым фиксатором, при этом устройство снабжено установочным патрубком, а седло снабжено кольцевым стопорным кольцом и выполнено с возможностью дополнительного телескопического взаимодействия с наружным корпусом.
Недостатком данного устройства является низкая надежность его в работе, связанная с:
во-первых, со слабым зацепом шариковых фиксаторов при цементировании достаточно длинных хвостовиков, имеющих большой вес, поскольку преждевременное срабатывание шариковых фиксаторов может привести к возникновению аварийной ситуации на скважине;
во-вторых, с тем, что при продавливании цементировочной пробки возможно проскальзование ее через стоп кольцо и, как следствие, нарушение технологии цементирования хвостовика;
в-третьих, использование цементировочной пробки осложняет конструкцию устьевой арматуры.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является разъединительное устройство для цементирования хвостовиков с опорой на забой (патент RU №2149252 МПК 7 Е 21 В 17/06, 43/10, опубл. бюл. №14 от 20.05.2000 г.), включающее выполненные с возможностью телескопического взаимодействия между собой внутренний и наружный корпуса с шариковым фиксатором между ними, седло, выполненное с возможностью телескопического взаимодействия с внутренним корпусом и шариковым фиксатором, при этом в нижней части наружного корпуса выполнены окна, над которыми в проходном канале упомянутого корпуса выполнено седло под обратный клапан, взаимодействующий с внутренним корпусом, при этом в стенках внутреннего корпуса выполнены обводные каналы, сообщающиеся с наружным пространством через проходной канал седла и окна наружного корпуса.
Указанному устройству в той или другой степени присущи все недостатки, отмеченные выше. Кроме того, устройство сверху не имеет фиксации и центрирования относительно ствола скважины, что может привести к нарушению соосности колонны труб хвостовика и ствола самой скважины, что ведет к затруднению при последующей эксплуатации и ремонте скважины, а невыполнение жестких требований при изготовлении и сборке снижает надежность работы устройства.
Задачей полезной модели является повышение надежности фиксации устройства в скважине, а также центрирование хвостовика относительно оси скважины и исключение продавочной пробки из технологического процесса при цементировании хвостовика в скважине.
Указанная задача решается устройством для цементирования хвостовика в скважине, включающим телескопически установленные внутренний и наружный корпуса, седло с клапаном, при этом в нижней части наружного корпуса выполнены окна.
Новым является то, что внутренний корпус выполнен полым, оснащен шлицами и установленным на наружной поверхности клапаном в виде заглушки выше седла, которое зафиксировано на внутренней поверхности наружного корпуса разрушаемым элементом и оснащено срезаемыми пальцами, причем клапан и седло выполнены с возможностью взаимодействия в рабочем положении, при этом на наружной поверхности наружного корпуса выполнены осевые пазы под срезаемые пальцы седла, при этом устройство дополнительно оснащено якорным узлом и пакером, причем якорный узел состоит из конуса, установленного на верхнем конце хвостовика и обоймы, снабженной подпружиненными шлипсами сверху и пружинными центраторами снаружи, причем обойма установлена ниже конуса на наружной поверхности хвостовика и снабжена сквозными пазами, в виде соединенных между собой короткого и фигурного участков, при этом обойма и хвостовик имеют возможность осевого перемещения относительно друг друга посредством штифтов, которые одной стороной жестко зафиксированы в хвостовике, а другой - размещены в сквозных пазах, причем в транспортном положении штифты находятся в коротких участках сквозных пазов, а в рабочем положении - в фигурных участках сквозных пазов, при этом подпружиненные шлипсы обоймы взаимодействуют с конусом, причем снизу вверх выше окон установлен пакер, выполненный в виде эластичного рукава, зафиксированного снизу относительно наружного корпуса и армированного изнутри гильзой, технологической втулкой, соединенной со срезаемыми пальцами седла и выполненного с возможностью фиксации относительно наружного корпуса и взаимодействия снизу с гильзой, при этом хвостовик сверху посредством муфты соединен левой резьбой с переводником, на внутренней
поверхности которого снизу выполнены пазы, причем в исходном положении внутренний корпус соединен с переводником срезным винтом, а шлицы внутреннего корпуса состыкованы с пазами переводника, причем длина гильзы меньше двух длин эластичного рукава, при этом наружный корпус на внутренней поверхности ниже верхнего окна снабжен буртиком, выполненным с возможностью взаимодействия с седлом, герметично перекрывающим во время взаимодействия с буртиком верхние окна.
На фигуре 1 изображено предлагаемое устройство для цементирования хвостовика в скважине в продольном разрезе.
На фигуре 2 изображен вид - А развертки сквозного паза, выполненного в обойме.
Устройство для цементирования хвостовика 1 (см. фигуру 1) в скважине (на фигурах 1 и 2 не показано) включает телескопически, установленные внутренний 2 и наружный 3 корпуса. В нижней части наружного корпуса 3 выполнены окна 4.
Внутренний корпус 2 выполнен полым и оснащен шлицами 5. На наружной поверхности внутреннего корпуса 2 установлен клапан 6, который установлен выше седла 7, при этом последний зафиксирован на внутренней поверхности корпуса 3 разрушаемым элементом 8. Клапан 6 выполнен в виде заглушки и имеет возможность взаимодействия с седлом 7 в рабочем положении. Седло 7 оснащено срезаемыми пальцами 9. Наружный корпус 3, на наружной поверхности которого выполнены осевые пазы 10 под срезаемые пальцы 9 седла 7, оснащен пакером 11 в виде эластичного рукава 12, зафиксированного снизу относительно наружного корпуса 3 и армированного изнутри гильзой 13.
Верхний конец гильзы 13 закреплен на наружной поверхности наружного корпуса 3 технологической втулкой 14. Технологическая втулка 14 соединена со срезаемыми пальцами 9 седла 7, вставленными с возможностью ограниченного осевого перемещения в осевые пазы 10 наружного корпуса 3. Технологическая втулка 14 имеет возможность фиксации относительно наружного корпуса 3 посредством разрезного пружинного кольца 15, установленного во внутренней проточке 16 технологической втулки 14 с кольцевыми зубчатыми насечками 17, выполненными на наружной поверхности наружного корпуса 3. Технологическая втулка 14 при перемещении вниз взаимодействует сверху с гильзой 13.
Устройство сверху снабжено якорным узлом 18. Якорный узел 18 состоит из конуса 19, установленного на верхнем конце хвостовика 1 и обоймы 20, снабженной подпружиненными (например, пластинами, выполненными из пружинной стали) шлипсами 21 сверху и пружинными центраторами 22 снаружи. Обойма 20 установлена ниже конуса 19 на наружной поверхности хвостовика 1 и снабжена сквозными пазами 23 (см. фигуру 2), в виде соединенных между собой короткого 24 и фигурного 25 участков. Обойма 20 совместно с подпружиненными шлипсами 21 и пружинными центраторами 22
имеет возможность осевого перемещения относительно хвостовика 1 посредством штифтов 26, которые одной стороной жестко зафиксированы в хвостовике 1, а другой - размещены в сквозных пазах 23 обоймы 20. В транспортном положении штифты 26 находятся в коротких участках 24 сквозных пазов 23, а в рабочем положении - в фигурных участках 25 сквозных пазов 23, при этом подпружиненные шлипсы 21 обоймы 20 взаимодействуют с конусом 19. Наружный корпус 3 (см. фигуру 1) сверху снабжен промежуточной муфтой 27, посредством которой он соединен снизу с хвостовиком 1, который, в свою очередь, сверху снабжен муфтой 28, которая с помощью левой резьбы 29 соединена с переводником 30. На внутренней поверхности переводника 30 снизу выполнены пазы 31. В исходном положении внутренний корпус 2 соединен с переводником 30 срезным винтом 32, а шлицы 5 внутреннего корпуса 2 состыкованы с пазами 31 переводника 30. Длина (а) гильзы 13 меньше двух длин (2×b) эластичного рукава 12, при этом наружный корпус 3 на внутренней поверхности ниже верхнего окна 33 снабжен буртиком 34, выполненным с возможностью взаимодействия с седлом 7, герметично перекрывающим во время взаимодействия с буртиком 34 верхние окна 33.
Несанкционированные перетоки жидкости исключаются уплотнительными кольцами 35, 36.
Устройство работает следующим образом.
На наружный корпус 3 (см. фигуру 1) сверху наворачивают промежуточную муфту 27, затем сверху в нее вворачивают нижнюю трубу хвостовика 1. После этого с замером длины спускаемых в скважину труб наращивают хвостовик 1 до необходимой длины.
На устье скважины устройство, а именно верхнюю обсадную трубу хвостовика 1 снабжают якорным узлом 18, то есть на ее наружную поверхность посредством штифта 26 устанавливают обойму 20 с подпружиненными шлицами 21 и пружинными центраторами 22, а на верхний конец хвостовика 1 жестко устанавливают конус 19, при этом штифты 26 устанавливают в короткие участки 24 (см. фигуру 2) сквозных пазов 23 обоймы 20.
Затем на устье (на фигурах 1 и 2 не показано) скважины на верхнюю обсадную трубу хвостовика 1 (см. фигуру 1) наворачивают муфту 28 с левой резьбой 29 и устанавливают собранную конструкцию на элеватор. Далее в собранную конструкцию спускают с замером длины внутренний корпус 2, состоящий из колонны труб, при этом клапан 6 устанавливают в составе внутреннего корпуса 2 на 4-5 метров выше седла 7, установленного на внутренней поверхности наружного корпуса 3, при этом нижняя кромка внутреннего корпуса 2 должна находится на расстоянии не менее 6 метров выше нижней кромки наружного корпуса 3. После наращивания внутреннего корпуса 2 сверху в него устанавливают шлицы 5, которые затем состыковывают с пазами 31 переводника 30,
после чего фиксируют переводник 30 на внутреннем корпусе 2 посредством срезного винта 32. Далее вворачивают переводник 30 в левую резьбу 29 муфты 28.
Снимают с устья скважины элеватор и с помощью колонны насосно-компрессорных труб (НКТ) (на фигурах 1 и 2 не показано) спускают устройство до упора на забой скважины или предварительно установленный цементный мост, выполняющий роль опоры (на фигурах 1 и 2 не показано). После чего, устройство приподнимают с устья с помощью колонны НКТ, жестко соединенной с внутренним корпусом 2, вверх примерно на 1 метр и опускают, в результате этого обойма 20 с подпружиненными шлипсами 21 и пружинными центраторами 22 остается неподвижной благодаря контакту пружинных центраторов 22 со внутренней стенкой скважины (на фигурах 1 и 2 не показано), при этом штифты 26, находящиеся в транспортном положении в коротких участках 24 (см. фигуру 2) сквозных пазов 23 перемещаются в фигурные участки 25 - рабочее положение, при этом подпружиненные шлипсы 21 обоймы 20 (см. фигуру 1) вступают во взаимодействие с конусом 19. Под действием веса устройства конус 19 воздействует на подпружиненные шлипсы 21, которые прижимаются к внутренней стенке скважины и фиксируются, а пружинные центраторы 22 центрируют верхнюю часть хвостовика 1 относительно ствола скважины. Затем отворачивают переводник 30, а следовательно, и соединенный с ним внутренний корпус 2 с левой резьбы 29 муфты 28 наружного корпуса 3, путем вращения колонны НКТ по часовой стрелке с устья скважины. Вращение на переводник 30 передается посредством шлицов 5, установленных во внутреннем корпусе 2 и пазах 31 переводника 30, при этом якорный узел 18 своими подпружиненньми шлипсами 21, находящийся на стенках скважины фиксирует хвостовик 1 и наружный корпус 3 от проворота. Для того чтобы убедиться в том, что переводник 30 отсоединился от муфты 28, приподнимают внутренний корпус 2 с колонной НКТ вверх на 1-3 метра. Падение нагрузки на индикаторе веса (потеря веса хвостовика 1 и наружного корпуса 3), установленного на устье скважины (на фигурах 1 и 2 не показано), свидетельствует о положительном результате. Начинают опускать колонну НКТ, соединенную с внутренним корпусом 2, вниз. В определенный момент, переводник 30 вступает во взаимодействие с левой резьбой 29 муфты 28, после чего разгружают колонну НКТ на переводник 30, достигнув расчетной нагрузки разрушается срезной винт 32. В результате внутренний корпус 2, соединенный с колонной НКТ, опускается вниз. Спуск внутреннего корпуса 2, соединенного с колонной НКТ, продолжают до тех пор, пока клапан 6, установленный в составе внутреннего корпуса 2, герметично не сядет на седло 7 наружного корпуса 3 (разгружают колонну НКТ с внутренним корпусом 2 и клапаном 6 на седло 7 наружного корпуса 3 примерно на 10-20 кН). Далее закачивают в колонну НКТ
расчетный объем цементного раствора и продавливают его с помощью жидкости продавки через окна 4 и верхние окна 24 наружного корпуса 3 в наружное пространство (на фигурах 1 и 2 не показано). При этом расчетный объем цементного раствора, продавленный в наружное пространство поднимается вверх между хвостовиком 1 и внутренней стенкой скважины до тех пор, пока не достигнет промежуточной муфты 27.
После этого вновь разгружают колонну НКТ с соединенным с ней внутренним корпусом 2 и клапаном 6 на седло 7 наружного корпуса 3. При расчетной нагрузке срезается разрушаемый элемент 8 и седло 7 под действием веса колонны НКТ и внутреннего корпуса 2, передающегося на него сверху посредством клапана 6, опускается вниз. Так как седло 7 соединено посредством срезаемых пальцев 9, вставленных с возможностью ограниченного осевого перемещения в осевые пазы 10 наружного корпуса 3 с технологической втулкой 14, то последняя также опускается вниз.
Технологическая втулка 14 при перемещении вниз воздействует сверху на гильзу 13, которой армирован изнутри пакер 11. Гильза 13 разгибается, принимая форму дуги, и начинает запакеровывать эластичный рукав 12 пакера 11, который начинает прижиматься к внутренней стенке скважины, благодаря тому, что длина (а) гильзы 13 меньше двух длин (2×b) эластичного рукава 12. Процесс запакеровки продолжается до тех пор, пока о нижнюю кромку осевых пазов 10 наружного корпуса 3 не разрушатся срезаемые пальцы 9, при этом разрезное пружинное кольцо 15, установленное во внутренней проточке 16 технологической втулки 14, зафиксируется в зубчатых насечках 17 наружного корпуса 3, а пакер 11 герметично отсечет межколонное пространство скважины (на фигурах 1 и 2 не показано). Седло 7, благодаря воздействию на него сверху клапана 6 внутреннего корпуса 2, опускается вниз до упора в буртик 34, при этом седло 7 герметично перекрывает верхние окна 33 наружного корпуса 3. Впоследствии седло 7 может быть разбурено, поскольку оно выполнено из легко разбуриваемого материала, например чугуна.
Наличие пакера исключает обратное движение цементного раствора за счет веса столба цементного раствора. Далее прямой или обратной промывкой вымывают излишки цементного раствора из внутреннего пространства хвостовика 1 и наружного корпуса 3. После этого полностью извлекают колонну НКТ с соединенным с ней внутренним корпусом 2 из скважины.
Предлагаемое устройство позволяет повысить надежность фиксации устройства в скважине, а также отцентрировать хвостовик относительно оси скважины и исключить продавочную пробку из технологического процесса при цементировании хвостовика в скважине, что в целом позволяет повысить качество работ и как следствие увеличить межремонтный период работы скважины.