УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ ОБСАДНОЙ КОЛОННЫ

Предложение относится к области нефтегазодобывающей промышленности, а именно к бурению нефтяных и газовых скважин, в частности к устройствам для цементирования обсадной колонны.
Известно устройство для цементирования обсадной колонны (см. полезную модель №27141, МПК E21B 33/16, опубл. 10.01.2003 г.), содержащее корпус, выполненный в виде ниппеля с внутренней резьбой в нижней части с навинченным стоп-кольцом с посадочным седлом под сердечник с коническим уступом. На сердечнике установлена разделительная пробка, зажатая сверху гайкой, завинченная на сердечник. К нижнему концу сердечника навинчена опорная втулка со стопорным пружинным разрезным кольцом, взаимодействующим в рабочем состоянии с уступом стоп-кольца.
Недостатком известной полезной модели является сложность конструкции и большая металлоемкость.
2
Известно также устройство для цементирования обсадной колонны (см. а.с. №578440, МПК E21B 33/16, опубл. в БИ №40, 30.10.1977 г.под названием «Цементировочная пробка»), содержащее цементировочную пробку, включающую тарельчатую эластичную манжету, насаженную на металлический сердечник с наконечником с установленным полым усеченным конусом и уплотнительным кольцом, взаимодействующим с верхней конической внутренней расточкой стоп-кольца в рабочем положении.
Недостатком указанного устройства является ненадежность в работе, поскольку наконечник после посадки на стоп-кольцо не фиксируется, из-за чего имеется опасность перемещения цементировочной пробки в обратном направлении вверх под действием перепада давления, по причине разницы плотностей тампонажного раствора и продавочной жидкости, что приводит к некачественному цементированию колонны.
Описанные недостатки аналогов устранены в устройстве для цементирования обсадной колонны (см. описание к патенту №2183723, МПК E21B 33/13, опубл. 20.06.2002 г.), содержащее цементировочную пробку в виде блока эластичных конических манжет, работающую в качестве разделительной пробки, установленную на металлический сердечник и зажатый сверху гайкой, навинченной на сердечник, а к его нижней части на резьбе закреплен наконечник пробки с посадочным конусом и проточками в его цилиндрической части с установленными в них разрезным пружинным и эластичным уплотнительными кольцами. Оно содержит также стоп-кольцо с внутренней конической поверхностью-седлом для контактирования с посадочным конусом наконечника пробки. Стоп-кольцо перед спуском обсадной колонны ввинчивают в резьбу, нарезанную на одной из труб башмака обсадной колонны.
Указанное устройство по технической сущности более близко к предлагаемому и может быть принято в качестве прототипа. Однако и оно не лишено недостатков. Так оно обладает большой металлоемкостью и не технологично в изготовлении и сборке.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является устранение недостатков прототипа.
Поставленная техническая задача решается описываемым устройством для цементирования обсадной колонны, содержащим цементировочную пробку в виде блока эластичных конических манжет с закрепленным наконечником с посадочным конусом и проточками в его цилиндрической части, с установленными в них разрезным пружинным и эластичным уплотнительными кольцами, и стоп-кольцо с внутренней конической поверхностью для контактирования с посадочным конусом наконечника пробки.
Новым является то, что блок конических манжет выполнен за одно целое с вертикальным глухим каналом в центре, выполненным коническим, большим основанием направленным вверх, при этом нижний конец пробки выполнен цилиндрическим, установленным и закрепленным в ответном к нему цилиндрическом глухом канале наконечника, разрезное кольцо которого дополнительно подпружинено упруго эластичным кольцом, стоп-кольцо установлено в корпусе, выполненный составным - верхний и нижний, нижний из которых выполнен в виде ниппеля, а верхний - в виде муфты с опорным кольцевым выступом в средней части, взаимодействующим с кольцевым выступом стоп-кольца, поджатым снизу торцом ниппеля, завинченного в муфту.
Представленные рисунки поясняют суть предлагаемой полезной модели, где на фиг.1 изображена цементировочная пробка в частичном продольном разрезе, где видны блок конических эластичных манжет с наконечником на конце и с вертикально расположенным глухим каналом в центральной части.
На фиг.2 - стоп-кольцо в частичном продольном разрезе, установленное в корпусе, выполненный в виде муфты и ниппеля.
На фиг.3 - фрагмент посадки цементировочной пробки на седло стоп-кольца в частичном продольном разрезе, где видны корпус с установленным стоп кольцом с разрезным пружинным кольцом и уплотнительными кольцами, а также цементировочная пробка после посадки на стоп-кольцо и фиксированный разрезным пружинным кольцом ее наконечник.
Устройство для цементирования обсадной колонны содержит цементировочную пробку в виде блока эластичных конических манжет 1, выполненных за одно целое с вертикальным глухим каналом 2 в центре конической формы, большим основанием 3 направленным вверх. Нижний конец 4 пробки выполнен цилиндрическим, установленный и закрепленный в ответном к нему цилиндрическом глухом канале 5 наконечника 6 с посадочным конусом 7 и цилиндром 8 с проточками 9 с установленными в них разрезным пружинным и эластичным уплотнительными кольцами 10 и 11 соответственно. Разрезное пружинное кольцо 10 дополнительно подпружинено упругим эластичным кольцом 12.
Устройство содержит также установленное в корпусе стоп-кольцо 13. Корпус выполнен составным - верхний и нижний, нижний из которых выполнен в виде ниппеля 14, а верхний - в виде муфты 15 с опорным внутренним кольцевым выступом 16 в средней части. Стоп-кольцо выполнено с внутренней конической поверхностью 17 под посадочный конус 7 наконечника 6 пробки и с наружным кольцевым выступом 18 на верхнем конце, взаимодействующим со стопорным кольцевым выступом 16 муфты 15, и снизу оно поджато одним из торцов ниппеля 14, завинченного в муфту. В качестве материала для изготовления устройства, в частности, стоп-кольца 13 и разрезного пружинного кольца выбран дюралюминий с целью снижения металлоемкости.
Устройство работает следующим образом. Стоп-кольцо 13 в собранном виде, как это изображено на фиг.2, доставляют на буровую и спускают в скважину в составе обсадной колонны, присоединив его ниппелем 14 корпуса к трубе башмака колонны (обсадная колонна, труба башмака и башмак на фиг. не изображены). После ряда технологических операций, связанных с восстановлением циркуляции бурового раствора, промывкой ствола скважины и закачкой порции буферной жидкости, скважину цементируют, закачав с помощью цементировочных агрегатов в колонну обсадных труб расчетного объема тампонажного раствора. После чего вслед за тампонажным раствором с устья скважины из цементировочной головки в колонну спускают цементировочную пробку 1, изображенную на фиг.1. При перемещении внутри колонны вниз под избыточным давлением продавочной жидкости она продавливает расчетный объем тампонажного раствора в заколонное пространство. В процессе продавливания тампонажного раствора перемешивание его с продавочной жидкостью не происходит, поскольку надежность герметизации дополнительно обеспечивается повышенным давлением, оказываемым через вертикальный глухой канал 2 на стенке эластичной манжеты, т.е. изнутри. В конце продавливания расчетного объема пробка достигает стоп-кольца 13, при котором цилиндрическая часть 4 наконечника 6 начинает перемещаться по каналу 19 стоп-кольца, происходит сжатие разрезного кольца 10, сжимается и упругое эластичное кольцо 12, а после выхода из стоп-кольца оно и упругое эластичное кольцо распрямляются полностью, принимая исходное положение. При этом наконечник 6 одновременно своим посадочным конусом 7 садится на коническую расточку 17 стоп-кольца, что фиксируется на устье скважины по повышению давления. На этом фиксирование пробки в стоп-кольце заканчивается. В надежности фиксирования пробки разрезным кольцом стоп-кольце способствует также и упругое эластичное кольцо 12, которое без каких либо перекосов обеспечивает равномерное расположение разрезного кольца 10 по всему периметру наконечника, а надежность перекрытия внутриколонного пространства обсадных труб от заколонного обеспечивают уплотнительные кольца 11 и 20.
Технико-экономическое преимущество предложения заключается в следующем. Предлагаемое устройство в сравнении с известными значительно проще по конструкции, обладает малой металлоемкостью, следовательно и массой, и надежностью в эксплуатации. Оно проще в изготовлении и сборке. Ко дню подачи заявки налажено его производство, пользуется спросом у нефтяников.