Устройство для цементирования хвостовика в скважине

Предложение относится к нефтедобывающей промышленности, конкретно к строительству и ремонту скважин. Устройство для цементирования хвостовика в скважине включает телескопически установленные внутренний и наружный корпуса, седло с клапаном. В нижней части наружного корпуса выполнены окна. Внутренний корпус выполнен полым, оснащен шлицами, и установленным на наружной поверхности клапаном в виде заглушки выше седла, которое зафиксировано на внутренней поверхности наружного корпуса разрушаемым элементом и оснащено пальцами. Клапан и седло в рабочем положении выполнены с возможностью крепления друг с другом посредством фиксации разрезного стопорного кольца, установленного в наружной кольцевой проточке клапана с нижним торцом седла, и последующим извлечением седла, наружный диметр которого выполнен под внутренний диаметра D₁ наружного корпуса, который меньше внутреннего диаметр D ₂ хвостовика. Наружный корпус на наружной поверхности, которого выполнены осевые пазы под пальцы седла, оснащен дополнительно снизу вверх выше окон пакером в виде эластичного рукава, имеющего кольцевые проточки Эластичный рукав зафиксирован снизу относительно наружного корпуса, а сверху - с подвижной втулкой, соединенной с пальцами седла и выполненной с возможностью фиксации относительно наружного корпуса. Эластичный рукав имеет возможность складываться вместе кольцевых проточек в рабочем положении. Устройство оснащено якорным узлом, состоящим из конуса, жестко установленного на верхнем конце хвостовика и обоймы, снабженной подпружиненными шлипсами сверху и пружинными центраторами снаружи. Обойма расположена ниже конуса на наружной поверхности хвостовика и снабжена сквозными пазами, в виде соединенных между собой короткого и фигурного участков. Обойма и хвостовик имеют возможность осевого перемещения относительно друг друга посредством штифтов, которые одной стороной жестко зафиксированы в хвостовике, а другой - размещены в сквозных пазах, причем в транспортном положении штифты находятся в коротких участках сквозных пазов, а в рабочем положении - в фигурных участках сквозных пазов, при этом подпружиненные шлипсы обоймы взаимодействуют с конусом. Наружный корпус сверху снабжен промежуточной муфтой, посредством которой он соединен снизу с хвостовиком. Сверху хвостовик посредством муфты соединен левой

резьбой с переводником, на внутренней поверхности которого выполнены снизу пазы, а шлицы внутреннего корпуса состыкованы с пазами переводника. Предлагаемое устройство позволяет повысить надежность фиксации устройства в скважине, а также отцентрировать хвостовик относительно оси скважины и исключить продавочную пробку из технологического процесса при цементировании хвостовика в скважине, что в целом позволяет повысить качество работ и как следствие увеличить межремонтный период работы скважины.

Предложение относится к нефтедобывающей промышленности, конкретно к строительству и ремонту скважин.

Известно разъединительное устройство (патент RU №2136840 МПК 7 Е 21 В 17/06, 43/10, опубл. бюл. №25 от 10.09.1999 г.), включающее выполненные с возможностью телескопического взаимодействия между собой внутренний и наружный корпуса с шариковым фиксатором между ними, седло, выполненное с возможностью телескопического взаимодействия с внутренним корпусом и шариковым фиксатором, при этом устройство снабжено установочным патрубком, а седло снабжено кольцевым стопорным кольцом и выполнено с возможностью дополнительного телескопического взаимодействия с наружным корпусом.

Недостатком данного устройства является низкая надежность его в работе, связанная:

во-первых, со слабым зацепом шариковых фиксаторов при цементировании достаточно длинных хвостовиков имеющих большой вес, поскольку преждевременное срабатывание шариковых фиксаторов может привести к возникновению аварийной ситуации на скважине;

во-вторых, с тем, что при продавливании цементировочной пробки возможно проскальзование ее через стоп кольцо и как следствии нарушении технологии цементирования хвостовика;

в-третьих, использование цементировочной пробки осложняет конструкцию устьевой арматуры.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является разъединительное устройство для цементирования хвостовиков с опорой на забой (патент RU №2149252 МПК 7 Е 21 В 17/06, 43/10, опубл. бюл. №14 от 20.05.2000 г.). включающее выполненные с возможностью телескопического взаимодействия между собой внутренний и наружный корпуса с шариковым фиксатором между ними, седло, выполненное с возможностью телескопического взаимодействия с внутренним корпусом и шариковым фиксатором, при этом в нижней части наружного корпуса выполнены окна, над которыми в проходном канале упомянутого корпуса выполнено седло под обратный клапан, взаимодействующий с внутренним корпусом, при этом в стенках внутреннего корпуса выполнены обводные каналы, сообщающиеся с наружным пространством через проходной канал седла и окна наружного корпуса.

Указанному устройству в той или другой степени присущи все недостатки, отмеченные выше. Кроме того, устройство сверху не имеет фиксации и центрирования относительно ствола скважины, что может привести к нарушению соосности колонны труб хвостовика и ствола самой скважины, что ведет к затруднению при последующей эксплуатации и ремонте скважины, а невыполнение жестких требований при изготовлении и сборке снижает надежность работы устройства.

Задачей полезной модели является повышение надежности фиксации устройства в скважине, а также центрирование хвостовика относительно оси скважины и исключение продавочной пробки из технологического процесса при цементировании хвостовика в скважине.

Указанная задача решается устройством для цементирования хвостовика в скважине, включающим телескопически установленные внутренний и наружный корпуса, седло с клапаном, при этом в нижней части наружного корпуса выполнены окна.

Новым является то, что внутренний корпус выполнен полым, оснащен шлицами, и установленным на наружной поверхности клапаном в виде заглушки выше седла, которое зафиксировано на внутренней поверхности наружного корпуса разрушаемым элементом и оснащено пальцами, причем клапан и седло в рабочем положении выполнены с возможностью крепления друг с другом посредством фиксации разрезного стопорного кольца, установленного в наружной кольцевой проточке клапана с нижним торцом седла и последующим извлечением седла, наружный диметр которого выполнен под внутренний диаметра D₁ наружного корпуса, который меньше внутреннего диаметр D ₂ хвостовика, при этом наружный корпус на наружной поверхности, которого выполнены осевые пазы под пальцы седла, при этом устройство дополнительно оснащено якорным узлом и пакером, причем якорный узел состоит из конуса, жестко установленного на верхнем конце хвостовика и обоймы, снабженной подпружиненными шлипсами сверху и пружинными центраторами снаружи, причем обойма установлена ниже конуса на наружной поверхности хвостовика и снабжена сквозными пазами, в виде соединенных между собой короткого и фигурного участков, при этом обойма и хвостовик имеют возможность осевого перемещения относительно друг друга посредством штифтов, которые одной стороной жестко зафиксированы в хвостовике, а другой - размещены в сквозных пазах, причем в транспортном положении штифты находятся в коротких участках сквозных пазов, а в рабочем положении - в фигурных участках сквозных пазов, в котором подпружиненные шлипсы обоймы взаимодействуют с конусом, при этом выше окон снизу вверх установлен пакер, выполненный в виде эластичного рукава, имеющего кольцевые проточки и снизу зафиксированного относительно наружного корпуса, а

сверху - с подвижной втулкой, соединенной с пальцами седла и выполненной с возможностью фиксации относительно наружного корпуса, причем эластичный рукав имеет возможность складываться вместе кольцевых проточек в рабочем положении, при этом сверху хвостовик посредством муфты соединен левой резьбой с переводником, на внутренней поверхности которого выполнены снизу пазы, а шлицы внутреннего корпуса состыкованы с пазами переводника.

На фигуре 1 изображено предлагаемое устройство для цементирования хвостовика в скважине в продольном разрезе.

На фигуре 2 изображен вид развертки сквозного паза, выполненного в обойме.

Устройство для цементирования хвостовика 1 (см. фигуру 1) в скважине (на фигурах 1 и 2 не показано) включает телескопически, установленные внутренний 2 и наружный 3 корпуса. В нижней части наружного корпуса 3 выполнены окна 4, ниже которых наружный корпус 3 оснащен коронкой. Внутренний корпус 2 выполнен полым и оснащен шлицами 5. На наружной поверхности внутреннего корпуса 2, установлен клапан 6, выполненный в виде заглушки выше седла 7 и зафиксированном на внутренней поверхности наружного корпуса 3 разрушаемым элементом 8.

Клапан 6 и седло 7 в рабочем положении выполнены с возможностью крепления друг с другом посредством фиксации разрезного стопорного кольца 9, установленного в наружной кольцевой проточке 10 клапана 6 с нижним торцом 11 седла 7 и последующим извлечением седла 7, наружный диметр которого выполнен под внутренний диаметра D₁ наружного корпуса 3, который меньше внутреннего диаметр D ₂ хвостовика 1 на 3-5 мм для свободного извлечения седла 7 из хвостовика 1.

Седло 7 оснащено пальцами 12. Наружный корпус 3 на наружной поверхности, которого выполнены осевые пазы 13 под пальцы 9 седла 7, оснащен дополнительно снизу вверх выше окон 4 пакером 14 в виде эластичного рукава 15, имеющего кольцевые проточки 16. Эластичный рукав 15 зафиксирован снизу жестко относительно наружного корпуса 3. Верхний конец эластичного рукава 15 соединен с подвижной втулкой 17. Подвижная втулка 17 соединена с пальцами 9 седла 7, вставленными с возможностью ограниченного осевого перемещения в осевые пазы 13 наружного корпуса 3. Подвижная втулка 17 имеет возможность фиксации относительно наружного корпуса 3 посредством разрезного пружинного кольца 18, установленного во внутренней проточке 19 подвижной втулки 17 с кольцевыми зубчатыми насечками 20, выполненными на наружной поверхности наружного корпуса 3. Подвижная втулка 14 при перемещении вниз герметизирует пакер 14, то есть складывает эластичный рукав 15, сгибающийся в месте кольцевых проточек 16.

Устройство оснащено якорным узлом 21, состоящим из конуса 22, жестко установленного на верхнем конце хвостовика 1 и обоймы 23, снабженной подпружиненными (например, пластинами, выполненными из пружинной стали) шлипсами 24 сверху и пружинными центраторами 25 снаружи. Обойма 23 расположена ниже конуса 22 на наружной поверхности хвостовика 1 и снабжена сквозными пазами 26, в виде соединенных между собой короткого 27 (см. фигуру 2) и фигурного 28 участков. Обойма 23 и хвостовик 1 имеют возможность осевого перемещения относительно друг друга посредством штифтов 29, которые одной стороной жестко зафиксированы в хвостовике 1, а другой - размещены в сквозных пазах 26, причем в транспортном положении штифты 29 находятся в коротких 27 участках сквозных пазов 26, а в рабочем положении - в фигурных участках 28 сквозных пазов 26, при этом подпружиненные шлипсы 24 (см. фигуру 1) обоймы 23 взаимодействуют с конусом 22.

Наружный корпус 3 сверху снабжен промежуточной муфтой 30, посредством которой он соединен снизу с хвостовиком 1. Сверху хвостовик 1 посредством муфты 31 соединен левой резьбой 32 с переводником 33, на внутренней поверхности которого выполнены снизу пазы 34, а шлицы 5 внутреннего корпуса 2 состыкованы с пазами 34 переводника 33.

Несанкционированные перетоки жидкости исключаются уплотнительными кольцами 35, 36.

Устройство работает следующим образом.

На наружный корпусу 3 (см. фигуру 1) сверху наворачивают промежуточную муфту 30, затем сверху в нее вворачивают нижнюю трубу хвостовика 1. После этого с замером длины спускаемых в скважину труб наращивают хвостовик 1 до необходимой длины. На устье скважины верхнюю обсадную трубу хвостовика 1 снабжают якорным узлом 21, то есть на ее наружную поверхность посредством штифта 29 устанавливают обойму 23 с подпружиненными шлицами 24 и пружинными центраторами 25, а на верхний конец хвостовика 1 жестко устанавливают конус 22, при этом штифты 29 устанавливают в короткие участки 27 (см. фигуру 2) сквозных пазов 26 обоймы 23.

Затем на устье (на фигуре не показано) скважины на верхнюю обсадную трубу хвостовика 1 наворачивают муфту 31 с левой резьбой 32 и устанавливают собранную конструкцию на элеватор. Далее в собранную конструкцию спускают с замером длины внутренний корпус 2, состоящий из колонны труб, при этом клапан 6 устанавливают в составе внутреннего корпуса 2 на 4-5 метров выше седла 7, установленного на внутренней поверхности наружного корпуса 3, при этом нижняя кромка внутреннего корпуса 2 должна находится не менее 6 метров выше нижней кромки наружного корпуса

3. После наращивания внутреннего корпуса 2 сверху в него устанавливают шлицы 5, которые затем состыковывают с пазами 34 переводника 33. Далее вворачиваю переводник 33 в левую резьбу 32 муфты 31.

Снимают с устья скважины элеватор и с помощью колонны насосно-компрессорных труб (НКТ) спускают устройство до упора на забой скважины или предварительно установленный цементный мост, выполняющий роль опоры (на фигурах 1 и 2 не показано). После чего, устройство приподнимают с устья с помощью колонны НКТ, жестко соединенной с внутренним корпусом 2, вверх примерно на 1 метр и опускают, в результате этого обойма 23 с подпружиненными шлипсами 24 и пружинными центраторами 25 остается неподвижной благодаря контакту пружинных центраторов 25 со внутренней стенкой скважины (на фигурах 1 и 2 не показано), при этом штифты 29, находящиеся в транспортном положении в коротких участках 27 (см. фигуру 2) сквозных пазов 24 перемещаются в фигурные участки 28 - рабочее положение, при этом подпружиненные шлипсы 24 обоймы 23 (см. фигуру 1) вступают во взаимодействие с конусом 22. Под действием веса устройства конус 22 воздействует на подпружиненные шлипсы 24, которые прижимаются к внутренней стенке скважины и фиксируются, а пружинные центраторы 25 центрируют верхнюю часть хвостовика 1 относительно ствола скважины. Затем отворачивают переводник 31, а следовательно, и соединенный с ним внутренний корпус 2 с левой резьбы 32 муфты 31 наружного корпуса 3, путем вращения колонны НКТ по часовой стрелке с устья скважины. Вращение на переводник 31 передается посредством шлицов 5, установленных во внутреннем корпусе 2 и пазах 34 переводника 33, при этом якорный узел 21 своими подпружиненными шлипсами 24, находящийся на стенках скважины фиксирует хвостовик 1 и наружный корпус 3 от проворота. Для того чтобы убедиться в том, что переводник 33 отсоединился от муфты 31, приподнимают внутренний корпус 2, соединенный с колонной НКТ вверх на 1-3 метра, об этом свидетельствует падение нагрузки на индикаторе веса (потеря веса хвостовика 1 и наружного корпуса 3), установленного на устье скважины.

Затем начинают опускать колонну НКТ, соединенную с внутренним корпусом 2 вниз. В определенный момент переводник 33 вступает во взаимодействие с левой резьбой 32 муфты 31. Спуск внутреннего корпуса 2, соединенного с колонной НКТ продолжают до тех пор, пока клапан 6, установленный в составе внутреннего корпуса 2, герметично не сядет на седло 7 наружного корпуса 3 (разгружают колонну НКТ с внутренним корпусом 2 и клапаном 6 на седло 7 наружного корпуса 3 примерно на 10-20 кН), при этом произойдет крепление клапана 6 с седлом 7 за счет фиксации разрезного стопорного кольца 9, установленного в наружной кольцевой проточке 10 клапана 6 с нижним торцом

11 седла 7. Далее закачивают в колонну НКТ расчетный объем цементного раствора и продавливают его с помощью жидкости продавки через окна 4 наружного корпуса 3 в наружное пространство (на фигурах 1 и 2 не показано). При этом расчетный объем цементного раствора, продавленный в наружное пространство поднимается вверх между хвостовиком 1 и внутренней стенкой скважины до тех пор, пока не достигнет промежуточной муфты 30. После этого вновь разгружают колонну НКТ с соединенным с ней внутренним корпусом 2 и клапаном 6 на седло 7 наружного корпуса 3. При расчетной нагрузке срезается разрушаемый элемент 8 и седло 7 под действием веса колонны НКТ и внутреннего корпуса 2, передающегося на него сверху посредством клапана 6 опускается вниз, так как седло 7 соединено посредством пальцев 12, вставленных с возможностью ограниченного осевого перемещения в осевые пазы 13 наружного корпуса 3 с подвижной втулкой 17, то последняя, также опускается вниз.

Подвижная втулка 17 при перемещении вниз начинает сжимать сверху эластичный рукав 15 пакера 14, который складывается, сгибаясь в месте кольцевых проточек 16 и начинает прижиматься к внутренней стенке скважины. Процесс запакеровки эластичного рукава 15 пакера 14 продолжается до тех пор, пока о нижнюю кромку осевых пазов 13 наружного корпуса 3 не разрушатся пальцы 12, при этом разрезное пружинное кольцо 18, установленное во внутренней проточке 19 подвижной втулки 17 зафиксируется в зубчатых насечках 20 наружного корпуса 3, а пакер 14 герметично отсечет межколонное пространство скважины (на фигурах 1 и 2 не показано). Приподнимают внутренний корпус 2 посредством колонны НКТ вверх до тех пор, пока клапан 6 и закрепленное на нем седло 7 окажутся напротив хвостовика 1, после чего прямой или обратной промывкой вымывают излишки цементного раствора из внутреннего пространства хвостовика 1 и наружного корпуса 3. Далее из скважины полностью извлекают колонну НКТ с внутренним корпусом 2 и клапаном 6, с закрепленным на нем седлом 7.

Седло 7 свободно извлекается из скважины, а это исключает работы по его разбуриванию за счет того, что его наружный диметр выполнен под внутренний диаметра D₁ наружного корпуса 3, который меньше внутреннего диаметр D₂ хвостовика 1 (D₁<D₂ ).

Наличие пакера исключает обратное движение цементного раствора за счет веса столба цементного раствора.

Предлагаемое устройство позволяет повысить надежность фиксации устройства в скважине, а также отцентрировать хвостовик относительно оси скважины и исключить продавочную пробку из технологического процесса при цементировании хвостовика в скважине, что в целом позволяет повысить качество работ и как следствие увеличить межремонтный период работы скважины.

Устройство для цементирования хвостовика в скважине, включающее телескопически установленные внутренний и наружный корпуса, седло с клапаном, при этом в нижней части наружного корпуса выполнены окна, отличающееся тем, что внутренний корпус выполнен полым, оснащен шлицами, и установленным на наружной поверхности клапаном в виде заглушки выше седла, которое зафиксировано на внутренней поверхности наружного корпуса разрушаемым элементом и оснащено пальцами, причем клапан и седло в рабочем положении выполнены с возможностью крепления друг с другом посредством фиксации разрезного стопорного кольца, установленного в наружной кольцевой проточке клапана с нижним торцом седла и последующим извлечением седла, наружный диметр которого выполнен под внутренний диаметра D ₁ наружного корпуса, который меньше внутреннего диаметр D₂ хвостовика, при этом наружный корпус, на наружной поверхности которого выполнены осевые пазы под пальцы седла, при этом устройство дополнительно оснащено якорным узлом и пакером, причем якорный узел состоит из конуса, жестко установленного на верхнем конце хвостовика, и обоймы, снабженной подпружиненными шлипсами сверху и пружинными центраторами снаружи, причем обойма установлена ниже конуса на наружной поверхности хвостовика и снабжена сквозными пазами, в виде соединенных между собой короткого и фигурного участков, при этом обойма и хвостовик имеют возможность осевого перемещения относительно друг друга посредством штифтов, которые одной стороной жестко зафиксированы в хвостовике, а другой размещены в сквозных пазах, причем в транспортном положении штифты находятся в коротких участках сквозных пазов, а в рабочем положении - в фигурных участках сквозных пазов, в котором подпружиненные шлипсы обоймы взаимодействуют с конусом, при этом выше окон снизу вверх установлен пакер, выполненный в виде эластичного рукава, имеющего кольцевые проточки и снизу зафиксированного относительно наружного корпуса, а сверху - с подвижной втулкой, соединенной с пальцами седла и выполненной с возможностью фиксации относительно наружного корпуса, причем эластичный рукав имеет возможность складываться в месте кольцевых проточек в рабочем положении, при этом сверху хвостовик посредством муфты соединен левой резьбой с переводником, на внутренней поверхности которого выполнены снизу пазы, а шлицы внутреннего корпуса состыкованы с пазами переводника.