Муфта для ступенчатого цементирования обсадной колонны

Предложение относится к области строительства нефтяных и газовых скважин, а именно к устройствам для ступенчатого цементирования обсадной колонны.
Известна муфта для ступенчатого цементирования обсадной колонны (см. Патент РФ. №2074311, МПК 7 E21B 33/14, опубл. в Б.И. №6, от 27.02.97 г.), содержащая корпус с упором и цементировочными отверстиями, заглушенными пробками, снабженными уплотнительными кольцами. Внутри корпуса выше цементировочных отверстий установлена запирающая заслонка в виде обоймы с диаметром равным внутреннему диаметру обсадной колонны и снабжена шариковым фиксатором, а также посадочным седлом из легко разбуриваемого материала, закрепленным к заслонке с помощью шпильки.
Недостатком известной муфты является сложность конструкции и не технологичность изготовления.
Известна также муфта для ступенчатого цементирования обсадной колонны (см. Патент РФ. №2148150, МПК 7 E21B 33/14, опубл. в Б.И. №12, от 27.04.2000 г.), содержащая корпус в виде муфты с радиальными цементировочными отверстиями, заглушенными удаляемыми пробками, и внутри установленной выше цементировочных отверстий запирающей заслонкой, верхним концом закрепленной к посадочному седлу и фиксирующему кольцу срезным штифтом. Для упора запирающей заслонки ниже цементировочных отверстий в корпусе выполнены кольцевые эксцентричные уступы.
Недостатком известной муфты является ненадежность закрытия цементировочных отверстий, а также сложность в изготовлении, что удорожает стоимость муфты.
Известна также муфта для ступенчатого цементирования обсадной колонны (см. Патент на полезную модель РФ. №26245, МПК E21B 33/14, опубл. 20.11.2002 г.), содержащая корпус с внутренним кольцевым уступом, присоединительными резьбами на концах, к верхнему концу из которых присоединен переводник, и цементировочными отверстиями, заглушенными пробками, закрепленными разрывными винтами, запирающую заслонку в виде гильзы, установленной внутри корпуса выше от цементировочных отверстий, разбуриваемое седло под продавочную цементировочную пробку, установленное внутри запирающей заслонки, корпус которого вместе с запирающей заслонкой закреплены с помощью срезаемого штифта к кольцу, установленному в стыке между переводником и корпусом, фиксирующему их от падения,
Эта муфта по технической сущности более близка предлагаемой и может быть принята в качестве прототипа.
В конструкции этой муфты недостатки выше приведенных аналогов частично устранены, однако и она не лишена недостатков. В частности, она нуждается в повышении надежности и работоспособности. Так, например, запирающая заслонка может не сработать и не закрыть цементировочные отверстия из-за того, что срезание штифта может произойти на месте соединения седла с запирающей заслонкой и запирающая заслонка, с натягом установленная в корпусе останется, а седло с цементировочной пробкой направится вниз и сядет на стоп-кольцо. Не устранена также опасность открытия цементировочных отверстий из-за поршневания под давлением, оказываемым на нижний торец запирающей заслонки, в случае посадки последней на уступ корпуса с выходом за его пределы. Кроме того, не предусмотрена надежная герметизация места посадки запирающей заслонки на уступ корпуса, что может являться причиной попадания пластовых вод в полость колонны, и может привести к преждевременному обводнению продукции пласта, а также подвергать ее коррозии.
Технической задачей настоящей полезной модели является устранение вышеприведенных недостатков прототипа.
Поставленная техническая задача решается описываемой муфтой для ступенчатого цементирования обсадной колонны, содержащей корпус с цементировочными отверстиями, заглушенными пробками, закрепленными разрывными винтами, с внутренним кольцевым уступом, выполненным ниже от цементировочных отверстий присоединительными резьбами на концах, к верхнему концу из которых присоединен переводник, запирающую заслонку в виде гильзы, установленную внутри корпуса выше от цементировочных отверстий, разбуриваемое седло, установленное внутри запирающей заслонки, закрепленные с помощью срезаемого штифта к кольцу, установленному в стыке между переводником и корпусом, удерживающего их от падения.
Новым является то, что для исключения эффекта поршневания после закрытия цементировочных отверстий запирающая заслонка снабжена фиксатором, выполненным в виде пружинного разрезного кольца, установленного в проточке, выполненной с наружной ее стороны с возможностью фиксации в ответной проточке корпуса, при этом верхний торец корпуса седла выполнен с наружным кольцевым выступом, опирающимся о верхний торец запирающей заслонки.
Приведенные рисунки поясняют суть полезной модели, где на фиг. 1 изображена муфта для ступенчатого цементирования обсадной колонны, в продольном разрезе, где видны корпус в виде муфты с переводником на верхнем конце, цементировочные отверстия, внутренний уступ корпуса для посадки запирающей заслонки, посадочное седло с внутренней конической поверхностью для ответного конуса цементировочной пробки, кольцо для удержания заслонки с седлом от падения и срезной штифт, виден также фиксатор запирающей заслонки, в частичном продольном разрезе.
На фиг. 2 - то же что и на фиг. 1, после закрытия цементировочных отверстий запирающей заслонкой и разбуривания продавочной пробки и седла, в частичном продольном разрезе.
На фиг. 3 - продавочная цементировочная пробка с конусом для взаимодействия с ответным конусом седла, в частичном продольном разрезе.
Муфта для ступенчатого цементирования (МЦС) обсадной колонны содержит корпус 1 (см. фиг. 1) с внутренним уступом 2, присоединительными резьбами 3 и 4 на концах, к верхней резьбе 3 которого навинчен переводник 5, и цементировочными отверстиями 6, заглушенными пробками 7, закрепленными к корпусу тарированными разрывными винтами 8 и 9 от действия гидродавления и герметизированы уплотнительными кольцами. Внутри корпуса выше цементировочных отверстий 6 с натягом установлена заслонка 10 в виде гильзы, в верхней части которой концентрично установлено разбуриваемое седло 11 под продавочную цементировочную пробку 12 (см. фиг. 3) с выполненным на верхнем торце кольцевым выступом 13. Это обеспечивает надежность закрытия цементировочных отверстий запирающей заслонкой после окончания цементирования колонны за счет исключения возможности падения вниз седла без запирающей заслонки после посадки на него цементировочной пробки и продавливания. В стыке между переводником 5 и корпусом 1 установлено кольцо 14, упирающееся торцом о верхний торец корпуса, что исключает свободное падение в скважину седла и запирающей заслонки. Корпус седла 11, запирающая заслонка 10 и кольцо 14 связаны между собой срезаемым штифтом 15. С целью исключения эффекта поршневания запирающей заслонки, когда она находится в рабочем положении, т.е после закрытия цементировочных отверстий, она снабжена фиксатором, выполненным в виде пружинного разрезного кольца 16, установленного в проточке 17, выполненной с наружной стороны запирающей заслонки 10 с возможностью фиксации в ответной проточке 18 корпуса. Для предотвращения проворота при разбуривания продавочной пробки 12 после окончания цементировочных работ посадочное седло выполнено с внутренней конической поверхностью 19 под конус 20 пробки 12 (см. фиг. 3). Уплотнительные кольца 21, 22 и 23 обеспечивают герметичность контактных зон запирающей заслонки 10 с корпусом 1 и резьбовому соединению корпуса с переводником 3. МСЦ работает следующим образом.
После сборки муфты, как это изображено на фиг.1, ее на стенде испытывают на герметичность, если она выдерживает пробное гидродавление, ее упаковывают и отправляют на склад готовой продукции. На скважину ее доставляют в собранном виде и спускают в скважину в составе обсадной колонны. Затем первую ступень скважины цементируют с использованием цементировочных агрегатов, закачав цементный раствор расчетного объема. Вслед за последней порцией цементного раствора в скважину пускают цементировочную пробку (цементировочная пробка на фиг. не изображена), которую продавливают продавочной жидкостью до посадки ее на стоп-кольцо, установленное в нижнем конце обсадной колонны, что регистрируется манометром на устье скважины резким повышением давления. Далее давление повышают до расчетной величины, при котором разрываются винты 8 и 9 и открываются цементировочные отверстия 6 для закачки цементного раствора второй ступени. Не прерывая процесса цементирования вслед за продавочной жидкостью через цементировочные отверстия 6 закачивают цементный раствор в заколонное пространство расчетного объема, необходимого для цементирования колонны второй ступени. При этом цементный раствор попадает в заколонное пространство и заполняет его. В стадии завершения закачки пускают следующую цементировочную пробку 12 и продавливают ее до посадки на седло 11, это на устье регистрируется манометром повышением давления. Далее давление повышают до расчетной величины, при котором срезаются штифты 15, что отмечается на устье резким падением давления, и седло 11, связанная с ним запирающая заслонка 10 вместе с цементировочной пробкой 12 направляется вниз до упора нижнего торца заслонки 11 на уплотнительное кольцо 22 уступа 21 корпуса 1. Этот момент также регистрируется на устье манометром резким повышением давления. Это означает, что цементировочные отверстия закрыты заслонкой 10. Далее внутри колонны давление сбрасывают и после ОЗЦ цементного раствора седло 11 вместе с цементировочной пробкой 12 разбуривают, открывая проходной канал МСЦ и доступ к стволу скважины для эксплуатации.
Технико-экономическое преимущество предложения заключается в следующем.
Заявляемая МСЦ обладает повышенной надежностью и работоспособностью, за счет обеспечения высокой герметичности закрытия заслонкой цементировочных отверстий. Ее использование на промыслах обеспечивает подъем цементного раствора до проектной высоты при цементировании скважины, и как следствие, это приводит к сокращению количества ремонтно-изоляционных работ, и связанных с этим затрат времени и материальных средств. На дату составления заявки МСЦ испытана в промысловых условиях. Результаты испытаний положительные.