Цементировочная головка

Полезная модель относится к строительству скважин и может быть использовано при цементировании обсадных колонн в скважинах с использованием цементировочных пробок для разделения тампонажных жидкостей.
Известны технические решения (см. патенты US 2003/0155114 А1 МПК Е21В 33/068 «Устройство для сброса шаров», US 5095988 А МПК Е21В 33/068, Е21В 33/076, Е21В 33/16 «Устройство и метод сброса пробок», US 8869882 В2, МПК Е21В 33/068; E2IB 33/05; Е21В 43/26; F16L 55/46 «Низкопрофильный, высокопроизводительный инжектор для сброса шаров»), в общем виде содержащие корпус с основным каналом внутри, устройства для сброса шаров подключенные к отверстиям в боковой стенке корпуса, в состав которых входят пускатель шаров с камерой для шаров, привод пускателя шаров, устройство удержания шаров.
Недостатком известных технических решений является сложность конструкции устройств для сброса шаров, что уменьшает вероятность безотказной работы.
Известно техническое решение (см. патент RU 2030552 С1, МПК Е21В 33/05 «Цементировочная головка»), где описывается цементировочная головка, содержащая полый корпус с входным и выходным соединительными патрубками, перепускной узел с гидравлическим каналом, цементировочную пробку под гидравлический канал, механизм вращения и фиксации перепускного узла, снабжена, по меньшей мере, одной дополнительной разделительной цементировочной пробкой, а перепускной узел выполнен с дополнительными гидравлическими каналами, параллельными и эксцентричными выходному соединительному патрубку, и установлен с возможностью поочередного совмещения с последним и входным соединительным патрубком, при этом гидравлические каналы выполнены в количестве превышающем на единицу общее количество цементировочных пробок.
Недостатком данного технического решения является то, что отсутствуют уплотнения между гидравлическим каналом перепускного узла и входным и выходным соединительными патрубками полого корпуса, что может привести к попаданию цементного раствора внутрь полого корпуса и заклиниванию механизма вращения и фиксации перепускного узла, что приведет к невозможности использования цементировочной головки по назначению.
Известно техническое решение (см. патент US 2014/0008084 А1, МПК Е21В 33/05 «Устройство запуска нескольких цементировочных пробок для цементировочной головки»), взятое за прототип, содержащее корпус с основным каналом внутри, через который течет технологическая жидкость, пусковую камеру, в которой находится одна или несколько цементировочных пробок, соединенную с основным каналом, первичный клапан, расположенный в основном канале, трубопровод отвода технологической жидкости из основного канала в пусковую камеру, вторичный клапан, расположенный в трубопроводе отвода технологической жидкости из основного канала в пусковую камеру.
Недостатками известного технического решения являются:
- отсутствие фиксации цементировочных пробок в пусковых камерах, что может привести к несанкционированному выходу цементировочных пробок в основной канал;
- пусковая камера и соответственно цементировочные пробки, которые в ней находятся имеют меньший диаметр по сравнению с основным каналом, что потребует использования дополнительных переходников между устройством запуска и тампонируемой обсадной колонной, в том числе включающих в себя устройство центрирования цементировочных пробок на оси скважины перед входом в тампонируемую обсадную колонну.
Задачей настоящей полезной модели является:
- сохранение таких функциональных возможностей как упрощение процесса управления цементированием при использовании нескольких разделительных пробок и повышение надежности работы за счет обеспечения возможности механизации процесса пуска пробок в колонну обсадных труб;
- предотвращение несанкционированного выхода цементировочных пробок в основной канал;
- возможность подключения цементировочной головки непосредственно к обсадной трубе без дополнительного оборудования.
Поставленная задача достигается тем, что цементировочная головка содержит корпус с основным каналом внутри, а первичный клапан, расположенный в основном канале установлен с возможностью подачи через него цементировочных пробок из пусковой камеры в основной канал и фиксации цементировочных пробок в пусковой камере, предотвращающей несанкционированную подачу цементировочных пробок в основной канал, и оснащен ограничителями положения цементировочной пробки внутри него, при этом пусковая камера выполнена диаметром равным диаметру корпуса с возможностью обеспечения подачи цементировочных пробок в основной канал непосредственно в первичный клапан.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен общий вид цементировочной головки, а на фиг. 2-4 показан порядок работы цементировочной головки в процессе цементирования обсадной колонны.
Цементировочная головка состоит из корпуса 1 с основным каналом 2, расположенным внутри корпуса 1, с узлом соединения 3 и узлом соединения 4 с колонной обсадных труб (не входит в состав полезной модели), первичного клапана 5, пусковой камеры 6, загрузочной крышки 7 пусковой камеры 6, цементировочных пробок 8, трубопровода отвода технологической жидкости 9, вторичного клапана 10, дополнительно в первичном клапане расположены ограничители положения 11 цементировочной пробки 8.
Цементировочная головка работает следующим образом.
В пусковую камеру 6 цементировочной головки устанавливают цементировочные пробки 8, для чего открывают загрузочную крышку 7.
Цементировочную головку подсоединяют к верхней трубе обсадной колонны через узел соединения 4, обвязывают через узел соединения 3 с технологическими линиями тампонажного оборудования. Приступают к работам по цементированию обсадной колонны.
Сначала проводят операции по промывке скважины, при этом через узел соединения 3 в основной канал 2 корпуса 1 подают промывочную жидкость, при этом первичный клапан 5 установлен в положение открыто, а вторичный клапан 10 в положение закрыто. Промывка ведется с целью удаления из скважины остаточных пород и шлама.
После промывки скважины и перед началом подачи тампонажного раствора производят пуск цементировочной пробки 8. Для этого открывают вторичный клапан 10, и промывочная жидкость по трубопроводу отвода технологической жидкости 9 поступает в пусковую камеру 6 и давит на цементировочные пробки 8. С помощью первичного клапана 5 закрывают основной канал 2, при этом в проточную часть первичного клапана 5 поступает цементировочная пробка 8, которая упирается в ограничители положения 11. Закрывают вторичный клапан 10, открывают первичный клапан 5, и цементировочная пробка 8 попадает в основной канал 2, выполняя функции по разделению технологических жидкостей. Через узел соединения 3 в основной канал 2 корпуса 1 подают необходимое количество тампонажного раствора.
После закачивания всего объема тампонажного раствора и начала подачи продавочной жидкости производят пуск следующей цементировочной пробки 8. Для этого открывают вторичный клапан 10, и промывочная жидкость по трубопроводу отвода технологической жидкости 9 поступает в пусковую камеру 6 и давит на цементировочные пробки 8. С помощью первичного клапана 5 закрывают основной канал 2, при этом в проточную часть первичного клапана 5 поступает цементировочная пробка 8, которая упирается в ограничители положения 11. Закрывают вторичный клапан 10, открывают первичный клапан 5 и цементировочная пробка 8 попадает в основной канал 2, выполняя функции по разделению технологических жидкостей.
Предложенная конструкция цементировочной головки позволит достичь:
- сохранения таких функциональных возможностей как упрощение процесса управления цементированием при использовании нескольких разделительных пробок и повышение надежности работы за счет обеспечения возможности механизации процесса пуска пробок в колонну обсадных труб;
- предотвращения несанкционированного выхода цементировочных пробок в основной канал;
- возможность подключения цементировочной головки непосредственно к обсадной трубе без дополнительного оборудования.