МУФТА СТУПЕНЧАТОГО ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ ОБСАДНОЙ КОЛОННЫ

Предложение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано при цементировании обсадных колонн в две стадии в нефтяных и газовых скважинах.
Известна муфта для ступенчатого цементирования, включающая корпус с радиальными цементировочными отверстиями и радиальными каналами, подвижные втулку и толкатель и подпружиненную кольцевую перегородку (а.с. №1779742, МПК Е 21 В 33/14, 1992).
Недостатки устройства:
- сложность конструкции, обусловленная наличием большого количества деталей;
- наличие пружины большого диаметра вызывает необходимость увеличения габаритных размеров устройства; кроме того, пружина плохо работает в цементной среде;
- большое количество уплотнительных элементов и движущихся деталей снижают надежность герметизации и работоспособность устройства. Есть реальная возможность соприкосновения подвижной втулки со стенкой скважины, что приведет устройство в неработоспособное состояние.
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является муфта для ступенчатого цементирования, включающая корпус с радиальными цементировочными отверстиями, кожух - втулку, расположенный с наружной стороны корпуса и образующий с ним кольцевую полость, дополнительную втулку, находящуюся в этой полости и соединенную с корпусом срезными элементами, радиальные каналы в корпусе, сообщающие кольцевую полость с внутренним пространством корпуса (а.с. №1765367, МПК Е 21 В 33/14, 1992).
Существенными недостатками устройства являются:
- сложность конструкции;
- множество движущихся деталей и уплотнительных элементов, снижающих работоспособность и надежность герметизации;
- наружное расположение дифференциальной втулки 4, которое может привести к:
а) ее преждевременному сдвигу вверх и невозможности проведения операции по закачке цементного раствора первой ступени;
б) образованию выше нее сальника и невозможности ее сдвинуть;
в) прижатию к стенке скважины, что приведет устройство в неработоспособное состояние;
- большие габариты, следовательно - большая металлоемкость;
- неудовлетворительное качество цементирования, обусловленное образованием языков из глинистого раствора, способствующих в дальнейшем прорыву в продуктивные пласты подошвенных и нижних вод.
Технической задачей полезной модели является создание цементировочной муфты упрощенной конструкции, имеющей низкую металлоемкость, обладающей высокой работоспособностью и повышающей качество цементирования.
Указанная техническая задача решается муфтой ступенчатого цементирования обсадной колонны, включающей корпус с радиальными цементировочными отверстиями, кожух-втулку, расположенный с наружной стороны корпуса и образующий с ним кольцевую полость, дополнительную втулку, находящуюся в этой полости и соединенную с корпусом срезными элементами, радиальные каналы в корпусе, сообщающие кольцевую полость с внутренним пространством корпуса.
Новым является то, что корпус снизу дополнительно оснащен широкой муфтой, обеспечивающей широкий кольцевой зазор, а кожух-втулка соединен с корпусом жестко, причем дополнительная втулка снабжена радиальными каналами, сообщающими через цементировочные отверстия внутреннее пространство корпуса с заколонным пространством
скважины в момент промывки и закачки цементного раствора второй ступени, при этом внутри корпуса с зазором установлен заглушенный снизу хвостовик, имеющий выше заглушки радиальные отверстия, сообщающие внутреннее пространство хвостовика с межтрубным пространством, причем хвостовик ниже радиальных отверстий с наружной стороны снабжен последовательно сверху вниз цилиндрической выборкой, в которой расположен разделитель в виде набора металлических шайб и установленных между ними пластинчатых эластичных манжет, выполненных по внутреннему диаметру корпуса, и замковым механизмом, выполненным с возможностью фиксации в широком кольцевом зазоре хвостовика при его перемещении вниз, при этом хвостовик выполнен сборным, состоящим из верхней и нижней частей, телескопически и герметично установленных друг в друга с возможностью осевого перемещения навстречу друг другу, причем верхняя и нижняя части хвостовика оснащены соответственно верхним и нижним упорами, между которыми установлена эластичная манжета, с возможностью перекрытия внутреннего пространства корпуса выше радиальных цементировочных отверстий корпуса.
Новым является также то, что замковый механизм выполнен в виде цанги с наружным выступом, установленной в цилиндрической проточке на хвостовике с возможностью ограниченного осевого перемещения, при этом внутренняя поверхность цанги выполнена с возможностью взаимодействия с цилиндрической поверхностью, большего, чем цилиндрическая проточка, диаметра и расположенного выше данной проточки, при взаимодействии наружного выступа только с широким кольцевым зазором корпуса. На чертеже изображена предлагаемая муфта в продольном разрезе. Муфта ступенчатого цементирования обсадной колонны содержит:
Корпус 1 с радиальными цементировочными отверстиями 2, кожух-втулку 3, расположенный с наружной стороны корпуса 1 и образующий с ним кольцевую полость 4, дополнительную втулку 5, находящуюся в этой полости 4 и соединенную с корпусом срезными элементами 6, радиальные каналы 7 в корпусе 1, сообщающие кольцевую полость
4 с внутренним пространством корпуса 1. Корпус 1 снизу дополнительно оснащен широкой муфтой 8, обеспечивающей широкий кольцевой зазор 9, а кожух-втулка 3 соединен с корпусом 1 жестко. Дополнительная втулка 5 снабжена радиальными каналами 10, сообщающими через цементировочные отверстия 2 внутреннее пространство корпуса 1 с заколонным пространством скважины (на черт. не показана) в момент промывки и закачки цементного раствора второй ступени. Внутри корпуса 1 с зазором установлен заглушенный снизу хвостовик 11, имеющий выше заглушки 12 радиальные отверстия 13, сообщающие внутреннее пространство хвостовика с межтрубным пространством, при чем хвостовик 11 ниже радиальных отверстий 13 с наружной стороны снабжен последовательно сверху вниз цилиндрической выборкой 14, в которой расположен разделитель в виде набора металлических шайб 15 и установленных между ними пластинчатых эластичных манжет 16, выполненных по внутреннему диаметру корпуса 1, и замковым механизмом 17, выполненным с возможностью фиксации в широком кольцевом зазоре 9 хвостовика 11 при его перемещении вниз относительно корпуса 1. Замковый механизм 17 в предлагаемом варианте выполнен в виде цанги 18 с наружным выступом 19, установленной в цилиндрической проточке 20 хвостовика 11 с возможностью ограниченного выступами 21 и 22 осевого перемещения. Внутренняя поверхность 23 цанги 18 выполнена с возможностью взаимодействия с цилиндрической поверхностью 24, большего D1, чем цилиндрическая проточка 20, диаметра D2 и расположенного выше данной проточки 20 при взаимодействии наружного выступа 19 только с широким кольцевым зазором 9 корпуса 1. Хвостовик 11 выполненным сборным, состоящим из верхней 25 и нижней 26 частей, телескопически и герметично установленных друг в друга с возможностью осевого перемещения навстречу друг другу, причем верхняя 25 и нижняя 26 части хвостовика оснащены соответственно верхним 27 и нижним 28 упорами, между которыми установлена эластичная манжета 29 с возможностью перекрытия внутреннего пространства корпуса 1
выше радиальных цементировочных отверстий 2 корпуса 1. Несанкционированные перетоки жидкости исключаются уплотнительными кольцами 30, 31 и 32.
Муфта ступенчатого цементирования обсадной колонны работает следующим образом (элементы, не являющиеся конструктивными элементами муфты, на чертеже показаны условно):
Обсадную колонну 33 с башмаком 34, цементировочным клапаном 35 и стоп -кольцом 36, в составе которой при помощи муфты 37 и широкой муфты 8 установлена предлагаемая муфта для ступенчатого цементирования обсадной колонны, спускают в скважину до проектной глубины с таким расчетом, чтобы муфта для ступенчатого цементирования обсадной колонны находилась выше продуктивного пласта или зоны поглощения. Затем по обычной технологии закачивают цементный раствор первой ступени с таким расчетом, чтобы муфта для ступенчатого цементирования обсадной колонны была перекрыта раствором выше на 40-50 м. При окончании цементирования цементировочная пробка 38 садится на стоп-кольцо 36, в колонне 33 резко повышается давление (оно передается через радиальные каналы 7 в кольцевую полость 4), под воздействием которого срезные элементы б разрушаются, и дополнительная втулка 5 поднимается вверх до упора в торец муфты 37. При этом цементировочные отверстия 2 и радиальные каналы 10 сообщаются друг с другом. После этого промывкой через цементировочные отверстия 2 и радиальные каналы 10 удаляют цементный раствор, находящийся выше цементировочной муфты. После ожидания затвердевания цемента (ОЗЦ) в скважину на насосно-компрессорных трубах (НКТ на чертеже не показаны) спускают хвостовик 11 до момента, когда выступ 19, который по длине L больше, чем ширина стыков колонны обсадных труб 33, цанга 18 замкового механизма 17 войдет во взаимодействие в широкий кольцевой зазор 9 муфты 8 за счет ее пружинных свойств, при этом цанга 18 переместится вверх до выступа 21, а внутренняя поверхность 23 цанги 18 переместится из цилиндрической проточки 20 диаметром D2 в зону цилиндрической поверхности 24 большим диаметром
ц
3
3
D1, при взаимодействии которых исключается возможность несанкционированного сжатия цанги 18 внутрь и выхода выступа 19 из взаимодействия с широким кольцевым зазором 9 муфты 8. При этом на устье скважины (на чертеже не показано) индикатором веса будет зафиксировано снижение нагрузки. Затем инструмент разгружают (на 1-3 тонны), при этом верхняя 25 и нижняя 26 часть хвостовика 11 начнут входить одна в другую, в результате верхний 27 и нижний 28 упоры сожмут эластичную манжету 29, которая перекроет внутреннее пространство корпуса 1 выше цементировочных отверстий 2. Причем ниже цементировочных отверстий 2 внутреннее пространство корпуса 1 перекрыто пластинчатыми эластичными манжетами 16 разделителя, установленными между металлическими шайбами 15 в цилиндрической выборке 14 хвостовика 11. Затем герметизируют межколонное пространство устьевым сальником (на чертеже не показан) и через НКТ, хвостовик 11, радиальные отверстия 13 (за счет заглушки 12), цементировочные отверстия 2 и радиальные каналы 8 закачивают расчетный объем цементного раствора второй ступени. Для повышения качества цементирования осуществляют циркуляцию цементного раствора, контролируя его параметры на выходе из скважины. Примерно через 1,5-2 цикла циркуляции параметры цементного раствора становятся стабильными, после чего циркуляцию прекращают и производят продавку цементного раствора с таким расчетом, чтобы в НКТ осталось 100-150 литров цементного раствора. После этого в колонне НКТ медленно сбрасывают давление и в результате перепада давлений (цемент в затрубъе обсадной колонны имеет плотность ρ=1,8 г/см, а вода в колонне НКТ имеет плотность равную ρ=1 г/см) в кольцевой полости 4 (через радиальные каналы 7 и радиальные отверстия 13) и в заколонном пространстве 33, дополнительная втулка 5 опускается в исходное состояние, герметично перекрывая цементировочные отверстия 2 корпуса 1. Далее давление сбрасывается до нуля, а НКТ приподнимают, при этом верхняя 25 и нижняя 26 части хвостовика разойдутся до ограничителя 39 вместе с верхним 27 и нижним 28 упорами, а эластичная манжета 29 освободит внутреннее пространство корпуса 1 выше цементировочных
отверстий 2. Обратной промывкой через радиальные отверстия 13 вымывают оставшийся в НКТ цементный раствор. Затем НКТ приподнимают, при этом цанга 18 переместится до выступа 22, внутренняя поверхность 23 цанги 18 переместится из взаимодействия с цилиндрической поверхностью 24 в зону цилиндрической проточки 20, цанга 18 сожмется, и выступ 19 выйдет из взаимодействия с широким кольцевым зазором 9 муфты 8, освобождая хвостовик Нот корпуса 1. Затем НКТ и хвостовик извлекают на поверхность и скважину оставляют на ОЗЦ.
Предлагаемая цементировочная муфта имеет простейшую конструкцию, низкую металлоемкость и обладает высокой работоспособностью и надежной герметизацией. При этом не используется вторая цементировочная пробка, разбуривание которой - трудоемкая операция. В скважине не образуется цементный стакан, который нужно потом разбуривать благодаря наличию разделителя на конце хвостовика. Закачка цементного раствора второй ступени осуществляется через НКТ и, следовательно, не загрязняется внутренняя стенка обсадной колонны цементным раствором. Кроме того, цементировочная муфта позволяет осуществлять циркуляцию цементного раствора, что существенно повышает качество цементирования.