Устройство для спуска и цементирования хвостовика в скважине
DEVICE FOR RUNNING AND CEMENTING A LINER IN A WELL

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно к способам и устройствам для цементирования хвостовика в открытом и обсаженном стволе скважины.
Известно устройство для цементирования хвостовика в скважине (патент RU №134574, МПК E21B 33/13, E21B 33/14, опубл. 20.11.2013 г., Бюл. № 32), содержащее установочную муфту для присоединения устройства к транспортировочной колонне труб, корпус, хвостовик, клапанный узел в виде подпружиненного обратного клапана и башмак. В стенке установочной муфты выполнены радиальные отверстия, в которых установлены разрушаемые под гидравлическим давлением диафрагмы, при этом она присоединена к корпусу на левой резьбе, внутри корпуса на срезаемых винтах установлена подвесная цементировочная пробка в виде блока эластичных конических манжет с сердечником с центральным проходным каналом и посадочным седлом в верхней части под сбрасываемую с устья скважины цементировочную пробку и посадочным конусом, выполненным на нижнем упорном кольце блока конических манжет для посадки в седло стоп-кольца, установленного в стыке между нижним торцом хвостовика и верхним торцом переходника клапанного узла, в соединяющей их муфте.
Недостатками этого устройства являются:
- невозможность вращения хвостовика в процессе его спуска в заданный интервал скважины и в процессе цементирования, что затрудняет его прохождение в зоне искривления ствола скважины и шламовых подушек, а также не дает качественного замещения тампонажного раствора в затрубном пространстве;
- отсоединение транспортировочной колонны от хвостовика осуществляется посредством левой резьбы, что делает проблематичным или даже невозможным отсоединение при малой длине хвостовика и в горизонтальном стволе скважины.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ цементирования хвостовика в скважине и устройство для его осуществления, (патент RU №2595122, МПК Е21В 33/14, опубл. 20.08.2016 г., Бюл. № 23), содержащее установочную муфту для присоединения устройства к транспортировочной колонне труб, корпус, хвостовик, башмак с клапанным узлом, отверстие с разрушаемой под гидравлическим давлением диафрагмой, при этом муфта присоединена к корпусу отцепным устройством, внутри корпуса на срезаемых винтах установлена подвесная цементировочная пробка в виде блока эластичных конических манжет с сердечником с центральным проходным каналом и посадочным седлом под сбрасываемую с устья скважины пробку и посадочным конусом, выполненным на нижнем упорном кольце блока конических манжет для посадки в седло стоп-кольца. Отверстие с диафрагмой выполнено в корпусе ниже муфты, ниже которого в корпусе выполнено кольцевое сужение в зоне фиксации срезными винтами подвесной пробки, причем диаметр сужения на 2-6 мм меньше внутреннего диаметра хвостовика, сбрасываемая пробка выполнена в виде технологического шара с плотностью, близкой к плотности тампонажного раствора, при этом на верхнем торце корпуса хвостовика выполнены пазы под наружные выступы, выполненные на поверхности муфты, а отцепной механизм выполнен в виде шариков, вставленных в радиальные отверстия муфты и взаимодействующих снаружи с внутренней выборкой корпуса хвостовика, а изнутри подпертых седлом под бросовый шар, причем минимальный внутренний диаметр седла больше диаметра технологического шара, и седло снабжено выше радиальных отверстий наружной цилиндрической проточкой, зафиксировано срезными элементами в верхнем положении и выполнено с возможностью ограниченного перемещения вниз после разрушения срезных элементов до взаимодействия шариков с проточкой и выхода шариков из взаимодействия с кольцевой выборкой корпуса, при этом клапанный узел выполнен в виде втулки с верхним глухим осевым каналом, в котором размещено стоп-кольцо, и сообщенными с осевым каналом ниже стоп-кольца радиальными каналами, сообщающими пространство башмака над и под втулкой, причем втулка зафиксирована в башмаке срезными винтами в верхнем положении и выполнена с возможностью ограниченного перемещения вниз после разрушения срезных винтов с герметичным перекрытием полости башмака и фиксации замковым механизмом в нижнем положении, причем замковый механизм выполнен в виде пружинного кольца, вставленного в кольцевую выборку снаружи втулки и выполненного с возможностью взаимодействия с внутренней кольцевой выборкой внутри башмака в нижнем положении втулки.
Недостатками этого устройства являются:
- после спуска хвостовика и его цементирования отсутствует герметизация верхней части хвостовика в скважине из-за ухода цемента в зону поглощения и обнажения корпуса и верхней части хвостовика;
- сложность изготовления из-за большого количества сопрягаемых деталей.
Технической задачей является создание устройства для спуска и цементирования хвостовика в скважине с вращением, простого в изготовлении и надежного в работе, позволяющего устанавливать хвостовик в том числе в горизонтальных скважинах с обеспечением герметизации в скважине.
Техническая задача решается устройством для спуска и цементирования хвостовика в скважине, содержащее муфту для присоединения устройства к транспортировочной колонне труб, корпус, хвостовик, башмак с клапанным узлом, на срезных элементах установлена подвесная цементировочная пробка с центральным проходным каналом, посадочным седлом под сбрасываемую с устья скважины пробку, посадочным конусом, выполненным на нижнем конце для посадки в седло стоп-кольца, на верхнем торце корпуса хвостовика выполнены пазы под наружные выступы, выполненные на поверхности муфты.
Новым является то, что корпус выполнен в виде расширяемого патрубка, снабженного сужением в верхней части и герметизирующим элементом снаружи сужения, при этом муфта присоединена к корпусу при помощи отцепного узла, выполненного на муфте ниже наружных выступов и состоящего из проточки и расширяющего конуса, размещенных в корпусе таким образом, что при повышении давления в скважине выше давления «стоп» происходит выталкивание муфты из корпуса с одновременным расширением его расширяющим конусом, также муфта снизу в центральном канале снабжена проточкой, в которой на срезных элементах установлена подвесная цементировочная пробка, перекрывающая радиальные отверстия, сообщающие центральный канал муфты и цилиндрическую выборку муфты, размещенную внутри переводника, соединяющего корпус и хвостовик, причем герметизирующий элемент снаружи сужения корпуса выполнен такой толщины, чтобы после расширения корпуса расширяющим конусом обеспечивалось сжатие герметизирующего элемента на 5-80% к стенкам скважины для герметизации устройства в скважине.
На фиг. 1 изображено устройство для спуска и цементирования хвостовика в скважине в собранном виде перед спуском в скважину.
На фиг. 2 изображены элементы конструкции устройства после проведения всех операций по цементированию и отсоединению транспортирующих труб.
Устройство для спуска и цементирования хвостовика в скважине содержит муфту 1 (фиг. 1) для присоединения устройства к транспортировочной колонне труб (на фиг. не показана), корпус 2, хвостовик 3, башмак 4 с клапанным узлом 5. На срезных элементах 6 установлена подвесная цементировочная пробка 7 с центральным проходным каналом 8, посадочным седлом 9 под сбрасываемую с устья скважины пробку 10 (фиг. 2). Подвесная цементировочная пробка 7 снабжена посадочным конусом 11, выполненным на нижнем конце для посадки в седло 12 стоп-кольца 13. На верхнем торце 14 корпуса 2 выполнены пазы 15 под наружные выступы 16, выполненные на поверхности муфты 1.
Корпус 2 выполнен в виде расширяемого патрубка, снабженного сужением 17 в верхней части и герметизирующим элементом 18 снаружи сужения 17. Муфта 1 присоединена к корпусу 2 при помощи отцепного узла, выполненного на муфте 1 ниже наружных выступов 16. Отцепной узел состоит из проточки 19 и расширяющего конуса 20, выполненных на муфте и размещенных в корпусе 2 таким образом, что при повышении давления в скважине выше давления «стоп» происходит выталкивание муфты 1 из корпуса 2 с одновременным расширением его расширяющим конусом 20. Также муфта 1 снизу в центральном канале 21 снабжена проточкой 22, в которой на срезных элементах 6 установлена подвесная цементировочная пробка 7, перекрывающая радиальные отверстия 23, сообщающие центральный канал 21 муфты 1 и цилиндрическую выборку 24, размещенную внутри переводника 25, соединяющего корпус 2 и хвостовик 3. Герметизирующий элемент 18 снаружи сужения 17 корпуса 2 выполнен такой толщины, чтобы после расширения корпуса 2 расширяющим конусом 20 обеспечивалось сжатие герметизирующего элемента 18 на 5-80% к стенкам скважины (на фиг. не показаны) для герметизации устройства в скважине.
Устройство работает следующим образом.
Хвостовик 3 с башмаком 4 через муфту 1 (фиг. 1) присоединяют к нижнему концу транспортировочной колонны труб (на фиг. не показана) и спускают в скважину на заданную глубину. Муфта 1 соединена с хвостовиком 3 с возможностью синхронного вращения за счет взаимодействия наружных выступов 16 муфты 1 с пазами 15, выполненными на торце 14 корпуса 2. Вращать хвостовик 3 можно, как во время спуска в скважину для преодоления сопротивления шламовых подушек независимо от длины, сложности и направления ствола, так и во время операции цементирования - для лучшего замещения цементным раствором затрубного пространства.
Далее согласно программе работ производят прокачку буферной жидкости и затем закачку расчетного объема тампонажного раствора. С целью исключения воздействия гидравлического давления на отцепной узел радиальные отверстия 23, сообщающие центральный канал 21 муфты 1 и цилиндрическую выборку 24, размещенную внутри переводника 25, соединяющего корпус 2 и хвостовик 3, перекрыты подвесной цементировочной пробкой 7. После этого с устья скважины в транспортировочную колонну сбрасывают пробку 10 (фиг. 2). Она достигает подвесной цементировочной пробки 7 и, попадая в посадочное седло 9, фиксируется в ней и перекрывает проходной канал 8. Дальнейшим повышением гидравлического давления производится срез элементов 6 (фиг. 1) и подвесная цементировочная пробка 7 вместе с пробкой 10 выходит из проточки 22 и начинает двигаться вниз. При этом тампонажный раствор вытесняется в затрубное пространство, проходя через отверстия башмака 4. По достижении седла 12 стоп-кольца 13, пробка 7 фиксируется в нем, герметично перекрывая внутреннее пространство хвостовика 3 от затрубного, при этом происходит скачок давления (давление «стоп»). Таким образом получаем сигнал о завершении процесса цементирования. Клапанный узел 5 после этого закрывается и препятствует попаданию цемента из затрубного пространства обратно в хвостовик 3.
Далее продолжают увеличивать гидравлическое давление внутри хвостовика 3 до расчетного. При этом происходит выталкивание муфты 1 (фиг. 1) из корпуса 2 с одновременным его расширением конусом 20 муфты 1. После того, как муфта 1 с конусом 20 и проточкой 22 полностью выйдет из корпуса 2, сужение 17 (фиг. 2) расширяется и посредством герметизирующего элемента 18 плотно прижимается к стенкам эксплуатационной колонны (на фиг. 1, 2 не показана). Таким образом «голова» хвостовика 3 становится герметична даже в случае частичного ухода цементного раствора в зону поглощения, если таковая существует.
Затем транспортировочную колонну с находящейся на ее нижнем конце муфтой 1 поднимают на расчетное расстояние от хвостовика 3 и производят срезку остатков цементного раствора выше «головы» хвостовика 3 промывочной жидкостью. После этого транспортировочною колонну поднимают на устье скважины, а хвостовик 3 оставляют на операцию затвердевания цемента.
Предлагаемое устройство является простым в изготовлении и надежным в работе, позволяет устанавливать хвостовики с обеспечением герметизации в том числе в горизонтальных скважинах.