МУФТА ЦЕМЕНТИРОВОЧНАЯ

Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности, а именно оснастке обсадных колон. Муфта цементировочная входит в состав колонны подвесного оборудования и может быть использовано при строительстве скважин для добычи нефти и газа.
Муфта предназначена для проведения работ по цементированию скважины на заданном интервале ствола для исключения воздействия водоносных пластов на продуктивные пласты и должна обеспечивать:
- сообщение заколонного и внутритрубного пространства при промывках и цементированию обсадной колонны;
- герметизацию заколонного пространства от внутриколонного пространства по окончанию процесса цементирования.
Качество проведение работ по цементированию в основном определяется конструкцией и надежностью работы муфты цементировочной.
Известна муфта цементировочная (патент полезной модели RU 151093 МПК Е21В 33/14, опубликован 20.03.2015). Устройство включает в себя корпус с цементировочными окнами, гнезда приемного, поршня с радиальными отверстиями, в которых установлены заглушки мембранные, обратного клапана, втулки установленной между гнездом приемным и поршнем, кольца стопорного фиксации поршня в закрытом положении.
Цементировочные окна могут перекрываться когда давление в затрубном пространстве больше, чем давление внутри муфты или от пробки при посадке ее в гнездо приемное и создание достаточного усилия для срезки удерживающих винтов. Давление в затрубном пространстве после открытия цементировочных окон может быть выше давления внутри колонны даже до закачки цемента, например из-за разности плотностей жидкости внутри и снаружи муфты. Например, внутри муфты закачана нефть, снаружи буровой раствор. При остановке продавки это приводит к разным гидростатическим давлениям снаружи и внутри муфты, закрытию муфты и постановки на фиксатор до проведения цементажа и невозможности ее повторного открытия. При закрытии цементировочных окон от пробки при перекрытии цементировочных окон в корпусе внутри муфты между пробкой и пакером заколонным образуется замкнутая полость. Ввиду того, что сжимаемость жидкости составляет 1/20000, то для того, чтобы обеспечить постановку дифференциального поршня на фиксатор необходимо сжать этот объем жидкости или удалить его. Без этого поставить поршень на фиксатор невозможно.
Недостатком данного технического решения является опасность закрытия цементировочных окон до цементажа и невозможность постановки дифференциального поршня на фиксатор от пробки при замкнутом объеме жидкости перед пробкой.
Известна муфта цементировочная (патент полезной модели 159111 МПК Е21В 33/14, опубликован 27.01.2016). Устройство включает в себя полый корпус с цементировочными отверстиями, перекрытыми срезной дифференциальной втулкой, помещенной внутри корпуса и выполненной с посадочным седлом под нижнюю разделительную пробку, перекрывающую втулку с посадочным седлом под верхнюю разделительную пробку, помещенную внутри корпуса над дифференциальной втулкой и снабженной фиксатором перекрывающего поршня в закрытом положении.
Недостатком данного технического решения является необходимость дополнительной пробки для открытия цементировочных окон и наличие замкнутой полости между нижней и верхней пробками при закрытии цементировочных окон, что не позволит поставить перекрывающую втулку на фиксатор.
Известна муфта для ступенчатого цементирования обсадных колонн патент 2132449 МПК Е21В 33/14, опубликован 27.06.1999). Устройство включает в себя корпус с циркуляционными отверстиями, дифференциальную втулку, посадочное гнездо под цементировочную пробку, цементировочную пробку. На дифференциальной втулке и корпусе выполнены пазы для исключения проворота при разбуривании, а корпус цементировочной пробки закрыт срезным днищем с образованием воздушной камеры, что обеспечивает вхождение ее в посадочное гнездо с натягом после срезания днища и заполнением этой полости жидкостью из закнутой полости.
Недостатком данного технического решения является отсутствие внутреннего канала в цементировочной пробке, отсутствие фиксатора пробки от отброса, а также срез днища пробки от абсолютного давления, что требует настраивать параметры среза с учетом глубины скважины и плотности бурового раствора.
Недостатком известных технических решений является то, что перемещение дифференциального поршня прекращается при перекрытие отверстий в корпусе и поршне, что делает невозможным при закрытии цементировочных окон установить фиксатор и обеспечить герметичность. Это приводит к тому, что после разбуривания внутренней полости хвостовика через цементировочные окна муфты возможна негерметичность. Отсутствие фиксации закрывающей втулки при плохом качестве цемента возможно открытие окон долотом или в муфтах с дифференциальной втулкой повышением давления внутри хвостовика.
Заявляемая полезная модель дает технический результат, который выражается в герметичном закрытии цементировочных окон и постановки на фиксатор закрывающей втулки после окончания цементирования и прихода прочистной пробки.
Устройств с заявляемой совокупностью отличительных признаков в патентной и научно-технической литературе не выявлено. Это определяет соответствие полезной модели критерию «новизна».
Сущность изобретения и принцип работы предложенной полезной модели поясняется чертежами фиг.1…фиг.5, на которых показана муфта цементировочная.
Муфта цементировочная включает в себя корпус 1 с выполненными в нем цементировочными окнами 2, гнездо приемное 4, дифференциальный поршень 5 с радиальными отверстиями 6, обратный клапан 7, втулку 8 установленную между гнездом приемным и дифференциальным поршнем. Втулка 8 закреплена с поршнем и имеет свободу осевых перемещений по наружной поверхности втулки приемного гнезда. Втулка 8 с внутренней поверхностью поршня образует полость А, герметичность которой обеспечивается резиновыми кольцами 9 и 10. Объем полости А равен или должен быть больше внутреннего объема муфты цементировочной на длине L (фиг. 1). На втулке приемного гнезда 4 выполнена обниженная проточка 12, а во втулке 8 выполнены радиальные отверстия 11. До прихода прочистной пробки в приемное гнездо 4 радиальные отверстия 11 и проточка 12 разнесены на расстояние L, поэтому нет связи между полостью А и внутренней полостью Б муфты цементировочной. Перемещение втулки 8 до прихода прочистной пробки ограничивается срезными винтами 13. На втулке приемного гнезда выполнен уступ 14 для сдвижки дифференциального поршня при постановке на защелку разрезным упругим кольцом 15. В корпусе 1 установлено разрезное упругое кольцо 16 для предотвращения постановки поршня на защелку от дифференциального давления, когда давление в затрубном пространстве, за муфтой, больше давления внутри муфты.
При упоре дифференциальной втулки 5 в кольцо 16 отверстия 2 и 6 перекрываются полностью (фиг. 2), что исключает связь внутренней полости муфты с затрубным пространством. Усилие прохождения дифференциального поршня 5 через упругое кольцо 16 больше усилия среза винтов 13, что обеспечивает срез винтов 13 и сдвижку приемного гнезда относительно втулки 8 до совмещения отверстий 11 и проточки 12. На втулке приемного гнезда выполнены радиальные выступы 17, а во втулке 8 выполнены пазы 18, что обеспечивает фиксацию приемного гнезда при разбуривании. Для фиксации поршня, до момента открытия цементировочных окон, служат срезные винты 19. Герметичность полостей муфты обеспечивается кольцами круглого сечения 21…23.
Муфта цементировочная работает следующим образом. Внутрь колонны сбрасывается запорный шар (не показано), который перекрывает внутренний канал хвостовика ниже муфты цементировочной (не показано). Внутриколонное давление повышается и из-за разности площадей в виде кольцевого зазора В возникает осевое усилие на дифференциальном поршне 5. При достижении расчетной величины происходит срез винтов 19 и смещение поршня 5 до упора в корпус 1. При этом совмещаются цементировочные отверстия 2 в корпусе 1 и 6 поршне 5 (фиг. 2). Через эти отверстия производится цементирование скважины.
После завершения цементирования закрытие цементировочных окон производится:
Если нет посадки пробки, то прикрытие цементировочных окон в корпусе осуществляется от перепада давления, действующего на площадь В дифференциального поршня из-за разности плотностей цемента снаружи и продавочной жидкости внутри муфты. От этого усилия поршень сдвигается в сторону нижнего переводника до упора в разрезное кольцо 16 (фиг. 3), при этом, отсутствует связь внутренней полости муфты с затрубным пространством. Если усилие от затрубного давления достаточно, то разжимается упругое кольцо 16 и поршень перемещается и фиксируется разрезным кольцом 15.
Закрытие цементировочных окон от затрубного давления после цементажа может быть осуществлено только при разности гидростатических давлений снаружи и внутри муфты.
Закрытие цементировочных отверстий и постановка на фиксатор от пробки. После закачки расчетного объема цемента сбрасывается продавочная пробка, срезается прочистная пробка и тандем пробок приходит в приемное гнездо 4 (не показано). После посадки тандема пробок в гнездо приемное сдвигает поршень 5 с приемным гнездом 4 до упора в разрезное кольцо 16 (фиг. 3). Происходит срез винтов 13 и сдвиг приемного гнезда до упора уступа 14 во втулку 8 (фиг. 4). Жидкость из полости Б вытесняется в затрубное пространство через отверстия 2 и 6. Происходит совмещение отверстий 11 с проточкой 12 (фиг. 4). Происходит сообщение полости А с полостью Б. Жидкость из полости Б поступает в полость А поршень 5 разжимает упругое кольцо 16 и сдвигается в сторону нижнего переводника фиксируясь защелкой 15 (фиг. 5).
Внедрение муфты цементировочной заявленной конструкции позволит гарантировать закрытие цементировочных окон и постановку поршня на защелку, что обеспечит надежность разделения внутренней полости хвостовика и затрубного пространства.