Устройство для цементирования дополнительной обсадной колонны

Предложение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно, к строительству и ремонту скважин, обсадные колонны которых пришли в негодность, в связи с чем требуется их полная замена. Устройство содержит герметизирующий узел, включающий корпус с зубчатыми насечками, продольными пазами и подвижным седлом, пакер, установленный на корпусе и состоящий из манжеты, верхнего и нижнего упоров, и клапан, установленный в подвижном седле, заливочный узел, включающий корпус с радиальными каналами и шибер, взаимодействующий с корпусом посредством шарикового фиксатора, разрушаемого фиксатора и уплотнения. Корпусы герметизирующего и заливочного узлов соединены между собой. Подвижное седло соединено с верхним упором пакера, а нижний упор соединен срезными элементами с корпусом. Внутренний диаметр шибера заливочного узла выбран под наружный диаметр ниппеля, установленного на нижнем конце колонны насосно-компрессорных труб и снабжен конусным уступом и радиальными каналами в верхней части и кольцевой проточкой для взаимодействия с шариками фиксатора. Клапан выполнен в виде заглушки со штоком, соединенным с ниппелем ниже кольцевой проточки, при этом верхний упор оснащен цилиндрической выборкой, а подвижное седло - вставками, зафиксированными на нем срезными винтами, причем вставки выполнены с возможностью взаимодействия с нижней кромкой цилиндрической выборки верхнего упора, пакер выполнен наборным в виде чередующихся стальных шайб и эластичных манжет. В предлагаемом устройстве при запакеровке герметизирующего узла практически отсутствует гидравлический удар, который может привести к потере герметичности устройства, при этом создаются более мягкие условия посадки пакера за счет механической посадки, а это позволяет избежать повторных работ и повысить надежность герметизации в комплексе устройство - скважина.

Предложение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно, к строительству и ремонту скважин, обсадные колонны которых пришли в негодность, в связи с чем требуется их полная замена.

Известно устройство (патент RU №2161241, МПК 7 Е 21 В 33/14, опубл. БИ №36 от 27.12.2000 г.)., содержащее герметизирующий узел, включающий корпус с зубчатыми насечками, пакер, установленный на корпусе и состоящий из манжеты, верхнего и нижнего упоров и обратный клапан; заливочный узел, включающий корпус с радиальными каналами и шибер, взаимодействующий с корпусом через посредство шарового фиксатора и уплотнения.

Недостатком устройства является его большая металлоемкость и трудоемкость изготовления и сборки, а также сложность технологического процесса его применения, кроме того, расположение заливочного узла внутри герметизирующего резко уменьшает проходное сечение устройства, а использование замковой конической резьбы не позволяет обеспечить герметичное соединение между насосно-компрессорными трубами (НКТ) и устройством.

Наиболее близким является устройство для цементирования дополнительной обсадной колонны (патент RU №2234594, МПК 7 Е 21 В 33/14, опубл. БИ №23 от 20.08.2004 г.), содержащее герметизирующий узел, включающий корпус с зубчатыми насечками, пакер, установленный на корпусе и состоящий из манжеты, верхнего и нижнего упоров, обратный клапан; заливочный узел, включающий корпус с радиальными каналами и шибер, взаимодействующий с корпусом посредством шарикового фиксатора и уплотнения, при этом корпусы герметизирующего и заливочного узлов соединены между собой

по длине посредством переводника и патрубка, корпус герметизирующего узла снабжен продольными пазами и подвижным седлом, установленным внутри корпуса, и соединен срезными элементами с верхним упором пакера, а нижний упор соединен срезными элементами с корпусом, шибер заливочного узла соединен с корпусом срезными элементами, а его внутренний диаметр выбран под наружный диаметр ниппеля, установленного на нижнем конце насосно-компрессорных труб и снабжен конусным уступом и радиальными каналами в верхней части и кольцевой проточкой для взаимодействия с шариками фиксатора. Обратный клапан герметизирующего узла установлен в подвижном седле. Верхний упор пакера выполнен в виде клиновидного цилиндра и соединен с переводником срезными элементами. Шибер заливного узла выполнен с конусным уступом в верхней части для взаимодействия с конусным уступом ниппеля.

Недостатком данной конструкции является то, что при посадке пакера, в момент разрушения срезных элементов подвижного седла, возникает большой перепад гидравлического давления над седлом и под ним, что приводит к возникновению гидроудара и, как следствие, к разгерметизации пакера.

Технической задачей полезной модели является снижение гидравлического давления при посадке пакера и повышение надежности его герметизации.

Поставленная техническая задача решается предлагаемым устройством для цементирования дополнительной обсадной колонны, содержащим герметизирующий узел, включающий корпус с зубчатыми насечками, продольными пазами и подвижным седлом, пакер, установленный на корпусе и состоящий из манжеты, верхнего и нижнего упоров, и клапан, установленный в подвижном седле, заливочный узел, включающий корпус с радиальными каналами и шибер, взаимодействующий с корпусом посредством шарикового фиксатора, разрушаемого фиксатора и уплотнения, при этом корпусы герметизирующего и заливочного узлов соединены между собой по длине посредством переводника и патрубка, причем подвижное седло соединено с верхним упором пакера, а нижний упор

соединен срезными элементами с корпусом, при этом внутренний диаметр шибера заливочного узла выбран под наружный диаметр ниппеля, установленного на нижнем конце насосно-компрессорных труб и снабжен конусным уступом и радиальными каналами в верхней части и кольцевой проточкой для взаимодействия с шариками фиксатора.

Новым является то, что клапан выполнен в виде заглушки со штоком, соединенным с ниппелем ниже кольцевой проточки, при этом верхний упор оснащен цилиндрической выборкой, а подвижное седло - вставками, зафиксированными на нем срезными винтами, причем вставки выполнены с возможностью взаимодействия с нижней кромкой цилиндрической выборки верхнего упора, пакер выполнен наборным в виде чередующихся стальных шайб и эластичных манжет.

На фиг.1 изображен герметизирующий узел устройства, с введенным внутрь клапаном.

На фиг.2 изображен заливочный узел устройства, с введенным внутрь ниппелем на НКТ.

Предлагаемое устройство включает в себя два узла: герметизирующий 1 и заливочный 2.

Герметизирующий узел 1 (см. фиг.1) состоит из корпуса 3 с продольными пазами 4 и зубчатыми насечками 5. Телескопически к корпусу 3 снаружи установлен пакер, включающий в себя нижний упор 6, соединенный с корпусом 3 срезными элементами 7, чередующиеся стальные шайбы 8 и эластичные манжеты 9, верхний упор 10, оснащенный цилиндрической выборкой 11. Верхний упор 10 соединен с переводником 12 с помощью срезных элементов 13. Между верхним упором 10 и переводником 12 находится стопорное кольцо 14.

Внутри корпуса 3 установлено подвижное седло 15 с центральным отверситием, соединенное срезными элементами 16, расположенными во вставках 17, которые размещенны

в продольных пазах 4 корпуса 3 и имеют возможность взаимодействия с нижней кромкой цилиндрической выборки 11 верхнего упора 10.

В подвижном седле 15 герметично расположен клапан 18, выполненный в виде заглушки со штоком 19 и сверху (см. фиг.1 и 2) жестко соединенный с ниппелем 20. На конце корпуса 3 навернут башмак 21.

Корпус 3 герметизирующего узла 1 посредством муфты 22 и патрубка 23 соединен с корпусом 24 заливочного узла 2 (см. фиг.2), снабженным радиальными каналами 25 и кольцевой проточкой 26. Телескопически внутри корпуса 24, напротив радиальных каналов 25 и кольцевой проточки 26 установлен шибер 27, соединенный с корпусом 24 разрушаемым фиксатором 28. Шибер 27 имеет гнезда 29, в которых установлены шариковые фиксаторы 30, взаимодействующие с кольцевой проточкой 26 корпуса 24. Сопрягаемые поверхности узлов снабжены уплотнениями 31.

Работает устройство следующим образом.

Герметизирующий 1 и заливочный 2 узлы, соединенные вместе с помощью муфты 22 (см. фиг.2) и патрубка 23, на дополнительной обсадной колонне (ДОК) 32 спускают в скважину и устанавливают в неизношенном участке эксплуатационной колонны (на фиг.1 и 2 не показано) с не разрушенным заколонным цементным кольцом, подтвержденным геофизическими исследованиями.

Затем внутрь ДОК 32 (см. фиг.1 и 2) спускают колонну НКТ 33, снабженную на конце ниппелем 20, наружный диаметр которого равен внутреннему диаметру шибера 27. Ниппель 20 в нижней части на наружной поверхности имеет кольцевую проточку 34 для взаимодействия с шариками 30 фиксатора, находящимися в гнездах 29, а в верхней части - радиальные каналы 35 и конусный уступ 36 для взаимодействия с конусным уступом 37 шибера 27. Спуск колонны НКТ 33 продолжают до тех пор, пока клапан 18 (см. фиг.1), выполненный в виде заглушки и штока 19, жестко соединенный с ниппелем 20, герметично не сядет в центральное отверстие подвижного седла 15.

После этого производят запакеровку герметизирующего узла 1 путем разгрузки колонны НКТ 33 на подвижное седло 15. Под действием веса колонны НКТ 33, сама колонна НКТ 33, а также подвижное седло 15 и верхний упор 10 пакера, благодаря тому, что они соединены между собой посредством вставок 17 со срезными элементами 16, размещенных в продольных пазах 4 корпуса 3, перемещаются вниз, при этом разрушаются срезные элементы 13. Верхний упор 10 пакера своим нижним торцом воздействует на стальные шайбы 8 и эластичные манжеты 9 и плотно прижимает последние к стенке эксплуатационной колонны. Процесс запакеровки продолжается до тех пор, пока срезные элементы 16 достигнут нижней части продольного паза 4 и разрушатся под действием веса колонны НКТ 33. При этом стопорное кольцо 14 зацепится за зубчатые насечки 5 на корпусе 3 и зафиксирует пакер в рабочем положении.

В случае, если веса колонны НКТ недостаточно (небольшая глубина спуска ДОК 32) для разрушения срезных элементов 16, необходимо полностью разгрузить колонну НКТЗЗ на подвижное седло 15 и загерметизировать устье скважины (на фиг.1 и 2 не показано) между ДОК 32 и колонной НКТ 33. После этого обвязать насосный агрегат (на фиг.1 и 2 не показано) с колонной НКТ 33 на устье скважины и создать дополнительно гидравлическое давление внутри ДОК 32, под действием которого подвижное седло 15 окажется выдавленным из корпуса 3 и упадет на забой скважины.

Процесс запакеровки окончен. Циркуляцией проверяют герметичность посадки устройства.

При необходимости извлечения, устройство вместе с ДОК 32 извлекают из скважины. Для этого делают натяжку ДОК 32, при этом срезные элементы 7 разрушаются, эластичные манжеты 9 отходят от стенки эксплуатационной колонны.

После запакеровки разгерметизируют устье скважины и доспускают колонну НКТ 33 (см. фиг.2) до тех пор, пока ниппель 34 не войдет внутрь шибера 27, конусный уступ 36 сядет на конусный уступ 37 шибера 27, при этом кольцевая проточка 34 установится

напротив шариков 30 фиксатора. Срезной элемент 28 разрушается, шарики 30 фиксатора притапливаются в кольцевой проточке 34 ниппеля 20 и тем самым выходят из зацепления с кольцевой проточкой 26 в корпусе 24 заливочного узла. При дальнейшем спуске колонны НКТ 33 шарики 30 фиксатора упрутся в верхний торец патрубка 23, после чего колонну НКТ 33 разгружают и герметизируют устье скважины. Затем по колонне НКТ 33 в межколонное пространство между ДОК 32 и эксплуатационной колонной закачивают, а затем продавливают жидкостью продавки расчетный объем цементного раствора, при этом от попадания цементного раствора внутрь герметизирующего узла предохраняет уплотнительный элемент 38 ниппеля 20. После этого колонну НКТ 33 приподнимают, при этом ниппель 20 толкает шарики 30 фиксатора с шибером 27 вверх и последний перекрывает радиальные отверстия 25. Дойдя до проточки 26 корпуса 24, шариковые фиксаторы 30 входят в нее и тем самым освобождают ниппель 20. Колонну НКТ 33 с ниппелем 20 поднимают на поверхность. После ожидания затвердевания цемента шибер 27 сбивают любым инструментом на колонне НКТ 33. После этого в скважину спускают необходимое оборудование и продолжают ее дальнейшую эксплуатацию.

В предлагаемом устройстве при запакеровке герметизирующего узла практически отсутствует гидравлический удар, который может привести к потере герметичности устройства, при этом создаются более мягкие условия посадки пакера за счет механической посадки, а это позволяет избежать повторных работ и повысить надежность герметизации в комплексе устройство - скважина.

Устройство для цементирования дополнительной обсадной колонны, содержащее герметизирующий узел, включающий корпус с зубчатыми насечками, продольными пазами и подвижным седлом, пакер, установленный на корпусе и состоящий из манжеты, верхнего и нижнего упоров, и клапан, установленный в подвижном седле, заливочный узел, включающий корпус с радиальными каналами и шибер, взаимодействующий с корпусом посредством шарикового фиксатора, разрушаемого фиксатора и уплотнения, при этом корпусы герметизирующего и заливочного узлов соединены между собой по длине посредством переводника и патрубка, причем подвижное седло соединено с верхним упором пакера, а нижний упор соединен срезными элементами с корпусом, при этом внутренний диаметр шибера заливочного узла выбран под наружный диаметр ниппеля, установленного на нижнем конце насосно-компрессорных труб и снабженного конусным уступом и радиальными каналами в верхней части и кольцевой проточкой для взаимодействия с шариками фиксатора, отличающееся тем, что клапан выполнен в виде заглушки со штоком, соединенным с ниппелем ниже кольцевой проточки, при этом верхний упор оснащен цилиндрической выборкой, а подвижное седло - вставками, зафиксированными на нем срезными винтами, причем вставки выполнены с возможностью взаимодействия с нижней кромкой цилиндрической выборки верхнего упора, пакер выполнен наборным в виде чередующихся стальных шайб и эластичных манжет.