СКВАЖИННЫЙ ВИБРАТОР ДЛЯ ОБСАДНОЙ КОЛОННЫ

Предложение относится к строительству скважин, а именно к устройствам для цементирования обсадных колонн.
Известен вибробашмак цементируемой колонны (патент RU №2061841 МПК 7 Е 21 В 33/16, опубл. от 10.06.1996 г.), включающий полый корпус с боковыми отверстиями, присоединительной резьбой и предохранительным клапаном, цилиндр из легкоразбуриваемого материала с полостью, входным каналом, сообщающим полость корпуса с полостью цилиндра и выходным осевым каналом, сообщающим полость цилиндра с внешним пространством, зубчатое колесо из легкоразбуриваемого материала на легкоразбуриваемом валу, размещенное в полости, сопло из легкоразбуриваемого материала, помещенное во входном канале и ориентированное в область делительного диаметра зубчатого колеса, и направляющую пробку, при этом цилиндр выполнен с карманом и полостью в виде цилиндрической полости, которая перекрыта диском, имеющим карман и эксцентричное отверстие, а вал зубчатого колеса выполнен с дебалансом в виде втулки с эксцентричным пластинчатым кругом и установлен по оси цилиндрической полости в карманах цилиндрах и диска с возможностью открытия-закрытия пластинчатым кругом эксцентричного отверстия, при этом входной канал выполнен тангенциальным по отношению к цилиндрической полости, а боковое отверстие корпуса выполнено со стороны диска по оси цилиндрической полости.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является башмак обсадной колонны (авторское свидетельство SU №1661372 МПК 7 Е 21 В 33/14, опубл. в бюл. №25 от 07.07.1991 г.), включающий полый корпус с проходным верхним и нижним переводниками и расположенный внутри корпуса поршень-клапан с выступами на наружной поверхности в верхней части, подпружиненный относительно верхнего переводника, и шток, проходящий внутри поршня-клапана и связанный нижним концом с нижним переводником, при этом поршень-клапан выполнен с двумя внутренними полостями, разделенными кольцевым выступом, образующим осевой канал, и имеет элемент для перекрытия этого канала, причем этот элемент перекрывает осевой канал в верхнем положении поршня клапана и открывает в нижнем положении последнего.
Как аналогу, так и прототипу присущи общие недостатки:
во-первых, сложность изготовления и сборки, обусловленная большим количеством технологически сложных деталей, а невыполнение жестких требований при изготовлении и сборке снижает надежность работы устройства;
во-вторых, сложность конструкции, обусловленная большим количеством узлов и деталей;
в-третьих, большое количество зависимых друг от друга деталей, что в процессе работы снижает эффективность устройства.
Технической задачей полезной модели является упрощение конструкции устройства и повышение надежности и эффективности работы.
Поставленная техническая задача решается предлагаемым скважинным вибратором для обсадной колонны, включающим полый корпус с присоединительными резьбами, подпружиненный вверх поршень-клапан и перепускной канал,
Новым является то, что корпус соединен с колонной труб, спускаемых в обсадную колонну, и снабжен верхним, средним и нижним рядами радиальных отверстий, которые соединены снаружи перепускным каналом, в котором установлен поршень-клапан, выполненный кольцевым, при этом полость корпуса между верхним и средним рядами радиальных отверстий заглушена, а средний ряд радиальных отверстий выполнен с возможностью перекрытия их поршнем-клапаном в начальном положении.
На фигуре изображено предлагаемое устройство перед цементированием обсадной колонны в продольном разрезе.
Скважинный вибратор для обсадной колонны включает полый корпус 1 с присоединительными резьбами 2 и 3, подпружиненный вверх посредством пружины 4, поршень-клапан 5 и перепускной канал 6, причем поршень-клапан 5, выполнен кольцевым и установлен в перепускном канале 6. Корпус 1 сверху соединен с колонной труб 7 (например, колонной насосно-компрессорных труб), спускаемых в обсадную колонну 8.
Корпус 1 снабжен верхним 9, средним 10 и нижним 11 рядами радиальных отверстий, которые снаружи соединены перепускным каналом 6.
Полость корпуса 1 между верхним 9 и средним 10 рядами радиальных отверстий заглушена глухой перемычкой 12.
Средний ряд радиальных отверстий 10 выполнен с возможностью перекрытия их поршнем-клапаном 5 в начальном положении.
Компоновка нижней части обсадной колонны 8 и компоновка, присоединяемая к низу корпуса 1 скважинного вибратора обсадной колонны, может быть различной. В качестве примера рассмотрим один из вариантов компоновки, который представлен на фигуре.
На нижний конец корпуса 1 навернут патрубок 13, заглушенный снизу заглушкой 14. В патрубке 13 выше заглушки 14 выполнены радиальные отверстия 15, гидравлически сообщающие внутренние пространства колонны труб 7 и обсадной колонны 8.
Заглушка 14 посредством срезного элемента 16 соединена с обратным клапаном 17, выполненным в виде полого заглушенного снизу цилиндра, имеющего наружную цилиндрическую выборку 18, в которой размещено стопорное кольцо 19, имеющее возможность взаимодействия с цилиндрической выборкой 20 седла 21. Седло 21 герметично установлено в составе обсадной колонны 8 выше центрального клапана обратного давления (ЦКОД) 22 и соединено с последним посредством переходника 23.
На нижний конец ЦКОДа 22 навернута башмачная труба 24 со сквозными отверстиями 25, гидравлически соединяющими внутреннее пространство обсадной колонны 8 с ее наружным пространством.
Устройство работает следующим образом.
В обсадную колонну 8, скомпонованную (см. фигуру) и спущенную в скважину, спускают скважинный вибратор для обсадной колонны на колонне труб 7, при этом в присоединительную резьбу 3 вворачивают нижний конец колонны труб 7, а в присоединительную резьбу 2 корпуса 1 вворачивают патрубок 13 с обратным клапаном 17 на конце. Колонну труб 7 постепенно наращивают и устройство опускается в обсадную колонну 8 до тех пор, пока обратный клапан 17 не достигнет ЦКОДа 22, при этом расчет элементов компоновки производят таким образом, чтобы нижний торец корпуса 1 находился на 5-10 метров выше седла 21.
Далее производят цементирование обсадной колонны 8, при этом в колонну труб 7 с устья скважины закачивают цементный раствор, который, попав в корпус 1 скважинного вибратора для обсадной колонны сквозь верхний ряд радиальных отверстий 9, поступает в перепускной канал 6 и под действием давления закачки воздействует сверху на выполненный кольцевым поршень-клапан 5, в результате последний, сжимая пружину 4, опускается вниз до тех пор, пока не откроется средний ряд радиальных отверстий 10, который был перекрыт поршень-клапаном 5 в начальном положении. Закачку цементного раствора продолжают, в следствии чего последний из колонны труб 7, через верхний ряд радиальных отверстий 9, по перепускному каналу 6 сквозь средний ряд радиальных отверстий 10 попадает внутрь корпуса 1 ниже глухой поперечной перегородки 12 и далее в патрубок 13, при этом давление над и под поршень-клапаном 5 выравнивается и последний за счет возвратной силы пружины 4 и действия давления жидкости на поршень-клапан 5 снизу возвращается обратно, перекрывая средний ряд радиальных отверстий 10.
Закачку цементного раствора продолжают, при этом давление над поршень-клапаном 5 вновь возрастает и последний вновь опускается вниз, сжимая пружину 4 и открывая средний ряд радиальных отверстий 10, и вновь происходит поступление
цементного раствора внутрь корпуса 1 ниже глухой поперечной перегородки 12 и далее в патрубок 13. В дальнейшем цикл повторяется и происходит пульсирующая закачка цементного раствора через радиальные отверстия 15 патрубка 13 сквозь внутреннее пространство обсадной колонны 8 ниже седла 21 и ЦКОД 22, а также через сквозные отверстия 25 башмачной трубы 24 в наружное пространство обсадной колонны 8, цементируя последнюю.
По окончанию цементирования обсадной колонны 8 закачку цементного раствора в колонну труб 7 прекращают. ЦКОД 22 под давлением столба цементного раствора за обсадной колонной 8 закрывается. Колонну труб 7 приподнимают вверх до тех пор, пока обратный клапан 17 герметично не вступит во взаимодействие с седлом 21. После этого к колонне труб 7 с устья скважины прикладывают дополнительную нагрузку, равную примерно 40-50 кН до разрушения срезных элементов 16. После разрушения срезных элементов 16 колонну труб 7 приподнимают еще на 2-3 метра, при этом обратный клапан 17 стопорным кольцом 19, расположенным в его наружной цилиндрической выборке 18, фиксируется в цилиндрической выборке 20 седла 21. Затем прямой промывкой (подачей промывочной жидкости в колонну труб 7) удаляют излишки цементного раствора из колонны труб 7.
Предлагаемый скважинный вибратор для обсадной колонны состоит из технологически простых деталей, что позволяет снизить материальные затраты на изготовление и сборку, а повышение надежности и эффективности его работы связано с упрощением конструкции и снижением зависимых друг от друга в работе деталей.