Устройство для ступенчатого цементирования обсадной колонны в скважине

Авторы патента:

Предложение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности, к технологии цементирования обсадных колонн в нефтяных и газовых скважинах.

Устройство представляет собой «стоп-кольцо», выполненное в виде заглушенного снизу патрубка с кольцевым уступом на наружной поверхности, снабженного продольными пазами и радиальными каналами. Заглушенный участок патрубка с наружной стороны выполнен с конусной поверхностью, малое основание конуса которого обращено к верхней части, а его диаметр равен наружному диаметру патрубка. Телескопически к патрубку напротив продольных пазов в нижней муфте установлено нижнее опорное кольцо, снабженное срезными элементами, свободные концы которых входят в продольные пазы. В нижнем торце опорного кольца с внутренней стороны выполнена конусная расточка, адекватная конусной поверхности патрубка.

Над «стоп-кольцом» в верхней муфте расположено верхнее опорное кольцо с внутренней кольцевой расточкой.

Устройство снабжено заглушкой, установленной на нижнем конце промывочных труб и выполнена в виде двух телескопически соединенных деталей, верхняя из которых жестко связана с промывочными трубами, а нижняя соединена с верхней срезными элементами и имеет на наружной поверхности фиксатор в виде пружинного кольца, сжатого в транспортном положении с помощью конусной втулки, установленной на наружной поверхности нижней детали и соединенной разрушаемым штифтом с нижним концом колонны промывочных труб.

Конусная втулка в рабочем положении взаимодействует с верхним опорным кольцом. Над заглушкой выполнены радиальные каналы, выше которых в составе промывочных труб установлена втулка. На наружной поверхности втулки сверху установлена подвижная подпружиненная пластинами цанга. Снизу на наружной поверхности втулки выполнена цилиндрическая выборка, в которой с возможностью осевого перемещения размещен упор, зафиксированный в верхней части цилиндрической выборки разрушаемым элементом.

В составе обсадной колонны выше верхней муфты установлена цементировочная муфта, снабженная радиальными отверстиями и внутренней цилиндрической проточкой, в которой установлен подпружиненный посредством пружины шибер. В транспортном положении шибер герметично перекрывает радиальные отверстия цементировочной

муфты, а в рабочем положении обладает возможностью осевого перемещения вверх под воздействием подпружиненной пластинами цанги. Нижняя и верхняя муфты соединены между собой переводником.

Предлагаемое устройство для ступенчатого цементирования обсадной колонны позволяет значительно снизить давление гидростатического столба цементного раствора на пласт, а значит исключить попадание тампонажного раствора в пласт и сохранить его коллекторские свойства.

Известна муфта ступенчатого цементирования обсадной колонны (патент RU №2243359, МПК 7 Е 21 В 33/14, опубл. в бюл. №36 от 27.12.2004 г.)" включающая корпус с радиальными цементировочными отверстиями, кожух-втулку, расположенный с наружной стороны корпуса и образующий с ним кольцевую полость, дополнительную втулку, находящуюся в этой полости и соединенную с корпусом срезными элементами, радиальные каналы в корпусе, соединяющие нижнюю часть кольцевой полости с внутренним пространством корпуса и уплотнительные кольца, при этом кожух-втулка соединен с корпусом жестко, а дополнительная втулка снабжена радиальными каналами, соединяющими через цементировочные отверстия внутреннее пространство корпуса с заколонным пространством скважины в момент промывки и закачки цементного раствора второй ступени; снабжена шибером, установленным внутри корпуса и соединенным срезными элементами с опорной втулкой, упирающейся в верхний торец корпуса, причем последний выполнен с кольцевым уступом, расположенным на внутренней поверхности ниже цементировочных отверстий.

Недостатками муфты ступенчатого цементирования обсадной колонны являются:

- во-первых, сложность конструкции, обусловленная большим количеством узлов и деталей;

- во-вторых, большое количество уплотнительных элементов и движущихся деталей, кроме того, внутренняя поверхность муфты в процессе работы покрывается коркой тампонажного раствора, все это в целом снижает надежность герметизации и работоспособность устройства;

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, посредством которого осуществляется способ цементирования обсадной колонны в скважине (патент RU №2235860, МПК 7 Е 21 В 33/14, опубл. в бюл. №25 от 10.09.2004 г.), включающее «стоп-кольцо» в виде заглушенного снизу патрубка с продольными пазами и радиальными каналами с кольцевым уступом вверху и конусной поверхностью внизу, телескопически к которому в нижней муфте обсадной колонны установлено нижнее опорное кольцо, снабженное срезными элементами, свободные концы которых входят в продольные пазы патрубка, причем нижнее опорное кольцо имеет в нижнем торце

конусную расточку, адекватную конусной поверхности патрубка, а также колонну промывочных труб.

Недостатком устройства является то, что цементирование обсадной колонны происходит в одну ступень, в связи с чем, возрастает гидростатическое давление столба тампонажного раствора, на пласт, соответствующего длине обсадной колонны, что приводит к частичному попаданию в пласт тампонажного раствора, который забивает поры пласта и ухудшает его коллекторские свойства;

Задачей полезной модели является создание устройства, позволяющего сохранить коллекторские свойства пласта и исключить попадание тампонажного раствора в пласт.

Указанная задача решается предлагаемым устройством для ступенчатого цементирования обсадной колонны в скважине, включающим «стоп-кольцо» в виде заглушенного снизу патрубка с продольными пазами и радиальными каналами с кольцевым уступом вверху и конусной поверхностью внизу, телескопически к которому в нижней муфте обсадной колонны установлено нижнее опорное кольцо, снабженное срезными элементами, свободные концы которых входят в продольные пазы патрубка, при этом нижнее опорное кольцо имеет в нижнем торце конусную расточку, адекватную конусной поверхности патрубка, а также колонну промывочных труб.

Новым является то, что устройство снабжено верхней муфтой, в которой размещено верхнее опорное кольцо, выполненное с кольцевой расточкой на внутренней поверхности в нижней части, при этом внутренний диаметр верхнего опорного кольца выполнен под наружный диаметр заглушки, расположенной на нижнем конце промывочных труб и выполненной в виде двух телескопически соединенных деталей, верхняя из которых жестко связана с промывочными трубами, а нижняя -соединена с верхней деталью срезными элементами и снабжена пружинным фиксатором на наружной поверхности, сжатым в транспортном положении посредством конусной втулки, установленной на наружной поверхности нижней детали и соединенной разрушаемым штифтом с нижним концом колонны промывочных труб, причем конусная втулка в рабочем положении взаимодействует с верхним опорным кольцом, при этом над заглушкой в промывочных трубах имеются радиальные каналы, соединяющие внутреннюю полость промывочных труб с межколонным пространством, причем выше радиальных каналов в составе промывочных труб установлена втулка, на наружной поверхности которой сверху установлена подвижная подпружиненная пластинами цанга, при этом на наружной поверхности втулки снизу выполнена цилиндрическая выборка, в которой с возможностью осевого перемещения размещен упор, зафиксированный в верхней части цилиндрической выборки срезным элементом, причем в составе обсадной

колонны выше верхней муфты установлена цементировочная муфта, снабженная радиальными отверстиями и внутренней цилиндрической проточкой, в которой установлен подпружиненный шибер, при этом в транспортном положении шибер герметично перекрывает радиальные отверстия цементировочной муфты, а в рабочем положении обладает возможностью осевого перемещения вверх под воздействием подвижной подпружиненной пластинами цанги.

На фиг. изображено предлагаемое устройство в продольном разрезе.

Устройство представляет собой «стоп-кольцо», выполненное в виде заглушенного снизу патрубка 1 с кольцевым уступом 2 на наружной поверхности, снабженного продольными пазами 3 и радиальными каналами 4. Заглушенный участок 5 патрубка 1 с наружной стороны выполнен с конусной поверхностью 6, малое основание конуса которого обращено к верхней части, а его диаметр равен наружному диаметру патрубка 1. Телескопически к патрубку 1 напротив продольных пазов 3 в нижней муфте 7 установлено нижнее опорное кольцо 8, снабженное срезными элементами 9, свободные концы которых входят в продольные пазы 3. В нижнем торце опорного кольца 8 с внутренней стороны выполнена конусная расточка 10, адекватная конусной поверхности 6 патрубка 1. Над «стоп-кольцом» в верхней муфте 11 расположено верхнее опорное кольцо 12 с внутренней кольцевой расточкой 13.

Устройство снабжено заглушкой, установленной на нижнем конце промывочных труб 14 и выполнена в виде двух телескопически соединенных деталей 15 и 16, верхняя 15 из которых жестко связана с промывочными трубами 14, а нижняя 16 соединена с верхней 15 срезными элементами 17 и имеет на наружной поверхности фиксатор 18 в виде пружинного кольца, сжатого в транспортном положении с помощью конусной втулки 19, установленной на наружной поверхности нижней детали 16 и соединенной разрушаемым штифтом 20 с нижним концом колонны промывочных труб 14.

Конусная втулка 19 в рабочем положении взаимодействует с верхним опорным кольцом 12. Над заглушкой выполнены радиальные каналы 21, выше которых в составе промывочных труб 14 установлена втулка 22. На наружной поверхности втулки 22 сверху установлена подвижная подпружиненная пластинами 23 цанга 24. Снизу на наружной поверхности втулки 22 выполнена цилиндрическая выборка 25, в которой с возможностью осевого перемещения размещен упор 26, зафиксированный в верхней части цилиндрической выборки 25 срезным элементом 27.

В составе обсадной колонны 28 выше верхней муфты 11 установлена цементировочная муфта 29, снабженная радиальными отверстиями 30 и внутренней цилиндрической проточкой 31, в которой установлен подпружиненный посредством

пружины 32 шибер 33. В транспортном положении шибер 33 герметично перекрывает радиальные отверстия 30 цементировочной муфты 29, а в рабочем положении обладает возможностью осевого перемещения вверх под воздействием подвижной подпружиненной пластинами 23 цанги 24. Нижняя 7 и верхняя 11 муфты соединены между собой переводником 34.

С целью предотвращения несанкционированных перетоков жидкости устройство снабжено уплотнительными кольцами 35, 36, 37, 38. Детали «стоп-кольца», верхнее опорное кольцо 12 и нижняя деталь 16 заглушки изготовлены из разбуриваемых материалов.

Устройство работает следующим образом.

После подготовки скважины в нее на проектную глубину спускают обсадную колонну 28 (см. фиг.), на нижнем конце которой установлено предлагаемое устройство в сборе с башмаком 39, имеющим отверстия 40, при этом жидкость свободно проходит в внутрь обсадной колонны 28. Втулку 22 спускаемую в составе промывочных труб 14 устанавливают на 10-15 метров ниже цементировочной муфты 29, спущенной в скважину в составе обсадной колонны 28 с целью сокращения времени на подъемную операцию перед промывкой скважины после цементирования первой ступени. Затем во внутрь обсадной колонны 28 спускают колонну промывочных труб 14 с заглушкой на конце (15, 16) до тех пор, пока конусная втулка 19, установленная на наружной поверхности нижней детали 16 и соединенная разрушаемым штифтом 20 с нижним концом колонны промывочных труб 14, не упрется сверху в верхнее опорное кольцо 12.

Делают подгонку длины колонны промывочных труб 14 посредством подгоночного патрубка (на фиг. не показано) с учетом возможности ее обвязки с заливочным агрегатом (на фиг. не показано) после дальнейшей посадки колонны промывочных труб 14 на «стоп кольцо». Далее разгружают колонну промывочных труб 14 на верхнее опорное кольцо 12, в следствии чего срезается разрушаемый штифт 20, о чем свидетельствует рост, а затем резкое падение показаний на индикаторе веса, установленного на устье скважины (на фиг. не показано). После этого колонну промывочных труб 14 опускают ниже, и она проходит через верхнее опорное кольцо 12, затем ее сажают на «стоп-кольцо» и частично разгружают на патрубок 1. Под воздействием нагрузки срезные элементы 9 разрушаются, после чего колонну промывочных труб 14 приподнимают вверх, но так чтобы радиальные каналы 21 колонны промывочных труб 14 находились ниже верхнего опорного кольца 11. Далее на устье герметизируют межколонное пространство 41 и осуществляют промывку скважины. Затем закачивают в колонну промывочных труб 14 первую порцию тампонажного

раствора расчетного количества с учетом его последующего подъема по заколонному пространству 42 до достижения радиальных отверстий 30 цементировочной муфты 29. Подачей в колонну промывочных труб 14 жидкости продавки продавливают тампонажный раствор из колонны промывочных труб 14 через его радиальные каналы 21, радиальные каналы 4, заглушенного снизу патрубка 1 и отверстия 40 башмака 39 в заколонное пространство 42 скважины оставив примерно 100 л тампонажного раствора в колонне промывочных труб 14. Давление закачки сбрасывают. Под воздействием перепада давления, создаваемого столбом тампонажного раствора в заколонном пространстве 42 и направленного снизу вверх, заглушенный патрубок 1 перемещается вверх относительно нижнего опорного кольца 8 и заклинивается в месте контакта конусных поверхностей 6 и 10, перекрывая межколонное пространство 41 от заколонного пространства 42.

Колонну промывочных труб 14 приподнимают до положения, когда заглушка(15,16) войдет в верхнее опорное кольцо 12 и фиксатор 18 упрется в упор кольцевой расточки 13, при этом радиальные каналы 21 будут находиться выше верхнего опорного кольца 12.

После этого колонне промывочных труб 14 дают натяжку вверх, при этом срезные элементы 17 разрушаются, о чем свидетельствует рост, а затем резкое падение показаний на индикаторе веса, установленного на устье скважины, при этом детали 15 и 16 заглушки разъединяются, а нижняя деталь 16 вместе со «стоп-кольцом» надежно перекрывают сечение обсадной колонны от проникновения тампонажного раствора из-за заколонного пространства.

Далее колонну промывочных труб 14 приподнимают вверх до тех пор, пока подвижная подпружиненная пластинами 23 цанга 24, установленная сверху на наружной поверхности втулки 22 не попадет в кольцевое пространство 43, образованное шибером 33 и внутренней поверхностью цементировочной муфты 29 и зацепится за нижний торец шибера 33, при этом подвижная подпружиненная пластинами 23 цанга 24 упирается снизу в упор 26, зафиксированный в верхней части цилиндрической выборки 25 срезным элементом 27. После этого колонну промывочных труб 14 натягивают вверх, при этом шибер 33 под воздействием подвижной подпружиненной пластинами 23 цанги 24 поднимается вверх, сжимая пружину 32, при этом открываются радиальные отверстия 30 цементировочной муфты 29, а на индикаторе веса, установленном на устье скважины, появляется дополнительная нагрузка.

Путем обратной промывки по межколонному пространству 41, удаляют оставшийся тампонажный раствор из колонны промывочных труб 14 и заколонного

пространства 42 выше радиальных отверстий 30 цементировочной муфты 29. Скважину оставляют на ОЗЦ (ожидание затвердевания цемента) первой ступени.

По окончании времени ОЗЦ первой ступени начинают цементирование второй ступени обсадной колонны 28 выше цементировочной муфты 29.

Герметизируют на устье скважины межколонное пространство 41. В колонну промывочных труб 14 закачивают вторую порцию тампонажного раствора, который после выхода на устье направляют в емкость заливочного агрегата и осуществляют круговую циркуляцию, постоянно контролируя плотность тампонажного раствора на входе и выходе из скважины. После стабилизации тампонажного раствора по плотности (этот момент наступает примерно через один час циркуляции), круговую циркуляцию прекращают и через промывочные трубы 14 закачивают расчетный объем продавочной жидкости. Давление закачки сбрасывают. Вновь приподнимают колонну промывочных труб 14 вверх, при этом цанга 24, сверху упертая в подпружиненный пружиной 32 шибер 33, воздействует на упор 26, разрушая срезной элемент 27, о чем свидетельствует рост, а затем резкое падение показаний на индикаторе веса, установленного на устье скважины Упор 26 смещается в нижнюю часть цилиндрической проточки 25 втулки 22, а подпружиненная пластинами 23 цанга 24 сжимается в цилиндрической проточке 25 выше упора 26.

Далее колонну промывочных труб 14 приподнимают вверх примерно на 2-3 метра, при этом втулка 22, жестко зафиксированная на колонне промывочных труб 14 минует цементировочную муфту 29, а шибер 33, освободившийся от воздействия подвижной подпружиненной пластинами 23 втулки 24 под действием возвратной силы пружины 32 перемещается вниз по внутренней цилиндрической выборке 31 цементировочной муфты 29 и герметично перекрывает ее радиальные отверстия 30.

Осуществляют обратную промывку по межколонному пространству 41 и удаляют оставшийся тампонажный раствор из колонны промывочных труб 14 и межколонного пространства 41. Далее полностью извлекают колонну промывочных труб 14 из скважины и скважину оставляют на ОЗЦ второй ступени.

Устройство для ступенчатого цементирования обсадной колонны в скважине, включающее "стоп-кольцо" в виде заглушенного снизу патрубка с продольными пазами и радиальными каналами с кольцевым уступом вверху и конусной поверхностью внизу, телескопически к которому в нижней муфте обсадной колонны установлено нижнее опорное кольцо, снабженное срезными элементами, свободные концы которых входят в продольные пазы патрубка, при этом нижнее опорное кольцо имеет в нижнем торце конусную расточку, адекватную конусной поверхности патрубка, а также колонну промывочных труб, отличающееся тем, что оно снабжено верхней муфтой, в которой размещено верхнее опорное кольцо, выполненное с кольцевой расточкой на внутренней поверхности в нижней части, при этом внутренний диаметр верхнего опорного кольца выполнен под наружный диаметр заглушки, расположенной на нижнем конце промывочных труб и выполненной в виде двух телескопически соединенных деталей, верхняя из которых жестко связана с промывочными трубами, а нижняя соединена с верхней деталью срезными элементами и снабжена пружинным фиксатором на наружной поверхности, сжатым в транспортном положении посредством конусной втулки, установленной на наружной поверхности нижней детали и соединенной разрушаемым штифтом с нижним концом колонны промывочных труб, причем конусная втулка в рабочем положении взаимодействует с верхним опорным кольцом, при этом над заглушкой в промывочных трубах имеются радиальные каналы, соединяющие внутреннюю полость промывочных труб с межколонным пространством, причем выше радиальных каналов в составе промывочных труб установлена втулка, на наружной поверхности которой сверху установлена подвижная подпружиненная пластинами цанга, а на наружной поверхности втулки снизу выполнена цилиндрическая выборка, в которой с возможностью осевого перемещения размещен упор, зафиксированный в верхней части цилиндрической выборки срезным элементом, причем в составе обсадной колонны выше верхней муфты установлена цементировочная муфта, снабженная радиальными отверстиями и внутренней цилиндрической проточкой, в которой установлен подпружиненный шибер, при этом в транспортном положении шибер герметично перекрывает радиальные отверстия цементировочной муфты, а в рабочем положении обладает возможностью осевого перемещения вверх под воздействием подвижной подпружиненной пластинами цанги.