Устройство для 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 для цементирования обсадной колонны в скважине включает «стоп-кольцо» в виде заглушенного снизу патрубка с кольцевой выборкой, а также герметично установленное в нижней муфте обсадной колонны опорное кольцо, имеющее возможность телескопического взаимодействия с патрубком, а также колонну промывочных труб.

Колонна промывочных труб оснащена на конце ниппелем с кольцевой проточкой и кольцевой выборкой. В кольцевой выборке ниппеля установлено стопорное разрезное кольцо, выполненное с возможностью взаимодействия с кольцевой выборкой патрубка.

Патрубок вставлен в ниппель с возможностью ограниченного кольцевым выступом перемещения вверх. Кольцевая проточка расположена выше кольцевой выборки на внутренней поверхности ниппеля. Кольцевая проточка патрубка расположена сверху на его наружной поверхности. Кольцевая проточка ниппеля оснащена радиальными каналами, выполненными с возможностью герметичного перекрытия патрубком при его перемещении вверх. Опорное кольцо снизу оснащено тарельчатым клапаном и разрушаемым ограничителем, оставляющем тарельчатый клапан в открытом состоянии при спуске обсадной колонны в скважину.

Центральное отверстие опорного кольца выполнено с возможностью герметичного перекрытия патрубком. Тарельчатый клапан и разрушаемый ограничитель выполнены с возможностью взаимодействия с патрубком. Снизу обсадная колонна посредством нижней муфты и переходника оснащена обратным клапаном, размещенным в башмачной муфте. На нижнем конце башмачной муфты установлена башмачная труба, имеющая сквозные отверстия.

Предлагаемое устройство позволяет после спуска устройства в скважину перед цементированием обсадной колонны спрессовать колонну промывочных труб на требуемое давление, кроме того, оно гарантированно исключает поступление закаченного в заколонное пространство скважины тампонажного раствора обратно в обсадную колонну благодаря установке друг под другом обратного и тарельчатого клапанов. 2 илл. на 1 л.

Известно устройство для цементирования обсадной колонны, выполненное в виде подпружиненного обратного клапана тарельчатого типа, установленное на нижнем конце обсадной колонны, спускаемой в скважину (патент RU №2086752, МПК 6 Е 21 В 33/14, опубл. в 1997 г.).

Недостатки данного устройства:

- необходимость долива скважины во время спуска обсадной колонны;

- при средних и высоких скоростях спуска обсадной колоны возможен гидроразрыв пластов;

- необходимость создания противодавления на устье скважины при промывке и закачке тампонажного раствора;

- отсутствует возможность изготовления всех деталей клапана из разбуриваемых материалов, что может усложнить дальнейшее углубление скважины.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для цементирования обсадной колонны в скважине (патент на полезную модель RU №42855, МПК 7 Е 21 В 33/14, опубл. в бюл. №35 от 20.12.2004 г.), включающее «стоп-кольцо» в виде заглушенного снизу патрубка с продольными и радиальными каналами с кольцевым уступом и конусной поверхностью внизу, телескопически к которому в нижней муфте установлено опорное кольцо, снабженное срезными элементами, свободные концы которых выходят в продольные пазы патрубка и имеют в нижнем торце конусную расточку, адекватную конусной поверхности патрубка, при этом сверху на внутренней поверхности патрубка выполнена кольцевая выборка, а колонна промывочных труб оснащена жесткими центраторами и на конце снабжена ниппелем, имеющим кольцевой упор и наружную кольцевую проточку с кольцевой выборкой, в которой установлено стопорное разрезное кольцо, причем наружная цилиндрическая проточка ниппеля равна внутреннему диаметру патрубка, при этом в рабочем положении уступ ниппеля взаимодействует с верхним торцом патрубка, а кольцевая выборка патрубка - со стопорным разрезным кольцом ниппеля.

Недостатками данной конструкции устройства являются:

во-первых, невозможность опрессовки колонны промывочных труб после спуска устройства в скважину непосредственно перед цементированием;

во- вторых, высокая вероятность заклинивания патрубка в опорном кольце, что ведет к потере герметичности устройства, и, как следствие, к обратному выходу тампонажного раствора из заколонного пространства скважины в обсадную колонну.

Задачей полезной модели является разработка конструкции устройства, позволяющего после спуска устройства в скважину перед цементированием спрессовать колонну промывочных труб на требуемое давление, и также гарантированно исключить поступление закаченного в заколонное пространство скважины тампонажного раствора обратно в обсадную колонну.

Указанная задача решается предлагаемым устройством для цементирования обсадной колонны в скважине, включающим «стоп-кольцо» в виде заглушенного снизу патрубка с кольцевой выборкой, установленное в нижней муфте обсадной колонны опорное кольцо с возможностью телескопического взаимодействия с патрубком, срезной элемент, колонну промывочных труб, оснащенную на конце ниппелем с кольцевой проточкой и кольцевой выборкой со стопорным разрезным кольцом, выполненным с возможностью взаимодействия с кольцевой выборкой патрубка.

Новым является то, что снизу обсадная колонна оснащена обратным клапаном, патрубок вставлен в ниппель с возможностью ограниченного кольцевым выступом перемещения вверх, а кольцевая проточка расположена выше кольцевой выборки на внутренней поверхности ниппеля, причем кольцевая проточка патрубка расположена сверху на его наружной поверхности, при этом кольцевая проточка ниппеля оснащена радиальными каналами, выполненными с возможностью герметичного перекрытия патрубком при его перемещении вверх, а опорное кольцо снизу оснащено тарельчатым клапаном и разрушаемым ограничителем, оставляющем тарельчатый клапан в открытом состоянии при спуске обсадной колонны в скважину, причем центральное отверстие опорного кольца выполнено с возможностью герметичного перекрытия патрубком, а тарельчатый клапан и разрушаемый ограничитель выполнены с возможностью взаимодействия с патрубком.

На фигуре 1 изображено предлагаемое устройство в продольном разрезе, спущенное в скважину.

На фигуре 2 изображен вид А - разрушаемого ограничителя.

Устройство для цементирования обсадной колонны 1 в скважине (см. фиг.1) включает «стоп-кольцо» в виде заглушенного снизу патрубка 2 с кольцевой выборкой 3, а также герметично установленное в нижней муфте 4 обсадной колонны 1 опорное кольцо 5, имеющее возможность телескопического взаимодействия с патрубком 2, а также колонну промывочных труб 6.

Колонна промывочных труб 6 оснащена на конце ниппелем 7 с кольцевой проточкой 8 и кольцевой выборкой 9. В кольцевой выборке 9 ниппеля 7 установлено стопорное разрезное кольцо 10, выполненное с возможностью взаимодействия с кольцевой выборкой 3 патрубка 2. Патрубок 2 телескопически вставлен в ниппель 7 с возможностью ограниченного кольцевым выступом 11 перемещения вверх.

Кольцевая проточка 8 расположена выше кольцевой выборки 9 на внутренней поверхности ниппеля 7. Кольцевая проточка 12 патрубка 2 расположена сверху на его наружной поверхности. Кольцевая проточка 8 ниппеля 7 оснащена радиальными каналами 13, выполненными с возможностью герметичного перекрытия патрубком 2 при его перемещении вверх.

Опорное кольцо 5 снизу оснащено тарельчатым клапаном 14 и разрушаемым ограничителем 15 (см. фиг.1 и 2), оставляющем тарельчатый клапан 14 в открытом состоянии при спуске обсадной колонны 1 в скважину.

Центральное отверстие 16 опорного кольца 5 выполнено с возможностью герметичного перекрытия патрубком 2.

Тарельчатый клапан 14 и разрушаемый ограничитель 15 выполнены с возможностью взаимодействия с патрубком 2. Снизу обсадная колонна 1 посредством нижней муфты 4 и переходника 17 оснащена обратным клапаном 18, размещенным в башмачной муфте 19. На нижнем конце башмачной муфты 19 установлена башмачная труба 20, имеющая сквозные отверстия 21.

Вспомогательные крепежные элементы на фигуре не показаны.

Устройство работает следующим образом.

После подготовительных работ на скважине в нее на проектную глубину спускают обсадную колонну 1, оснащенную снизу вышеописанной компоновкой (см. фиг.1), при этом в процесс спуска обсадной колонны 1 в скважину, находящаяся в скважине жидкость свободно перетекает снизу вверх внутри обсадной колонны 1 благодаря разрушаемому ограничителю 14, оставляющему тарельчатый клапан 13 в открытом состоянии.

Затем во внутрь обсадной колонны 1 спускают колонну промывочных труб 6, оснащенную на конце ниппелем 7 с телескопически вставленным в него патрубком 2, причем установленное в кольцевой выборке 9 ниппеля 7 стопорное разрезное кольцо 10 фиксирует патрубок 2 за его кольцевую выборку 3. В процессе спуска колонны промывочных труб 6 в обсадную колонну 1 находящаяся внутри обсадной колонны 1 скважинная жидкость свободно перетекает снизу вверх внутрь колонны промывочных труб 6 сквозь радиальные каналы 13 ниппеля 7.

Спуск колонны промывочных труб 6 в скважину прекращают тогда, когда, находящийся на конце колонны промывочных труб 6 патрубок 2, вступив во взаимодействие с тарельчатым клапаном 14, разрушит разрушаемый ограничитель 15 (см. фиг.1 и 2), при этом патрубок 2 герметично вступит во взаимодействие с центральным отверстием 16 опорного кольца 5 и кольцевым выступом 11 и герметично сядет сверху на опорное кольцо 5.

Далее производят разгрузку колонны промывочных труб 6 на опорное кольцо 5 обсадной колонны 1 примерно на 15-20 кН, при этом стопорное кольцо 10, находящееся в кольцевой выборке 9 ниппеля 7, выходит из фиксации с кольцевой выборкой 3 патрубка 2, поскольку колонна промывочных труб 6 с ниппелем 7 на конце опускаются вниз относительно находящегося неподвижно на опорном кольце 5 обсадной колонны 1 патрубка 2. Спуск колонны промывочных труб 6 с ниппелем 7 на конце продолжается до тех пор, пока патрубок 2 свои кольцевым выступом 11 не упрется снизу в нижний торец ниппеля 7, при этом радиальные каналы 13, выполненные в кольцевой проточке 8 ниппеля 7, герметично изнутри перекрываются патрубком 2.

Далее делают подгонку длины колонны промывочных труб 6 посредством подгоночного патрубка (на фиг. не показано) с учетом возможности ее обвязки с заливочным агрегатом (на фиг. не показано) при ограниченном осевом перемещении колонны промывочных труб 6 вверх.

Затем производят опрессовку колонны промывочных труб 6 на предполагаемое максимальное давление, возникающее при продавке цементного раствора в заколонное пространство 22 скважины. После опрессовки колонны промывочных труб 6 давление сбрасывают и, убедившись в герметичности колонны промывочных труб 6 работы продолжают. В обратном случае определяют негерметичность колонны промывочных труб 6 и производят их замену, после чего возобновляют работы.

Колонну промывочных труб 6 приподнимают вверх с учетом того, чтобы в исходном положении (см. фиг.1) нижний конец патрубка 2 был выше опорного кольца 5 для свободного прохода тампонажного раствора при последующих работах.

Вновь создают давление в колонне промывочных труб 6, при этом патрубок 2 опускается вниз относительно кольцевой проточки 8 ниппеля 7 до тех пор, пока стопорное разрезное кольцо 10, размещенное в кольцевой выборке 9 ниппеля 7, не зафиксирует патрубок 2 в его кольцевой выборке 3.

После этого на устье скважины герметизируют межколонное пространство 21.

Подачей тампонажного раствора с устья скважины в промывочные трубы 6 сквозь радиальные каналы 13 ниппеля 7 и далее через межколонное пространство 23, сквозь

тарельчатый клапан 14 и обратный клапан 18, а также сквозные отверстия 21 башмачной трубы 20 в заколонное пространство 22 скважины вызывают циркуляцию тампонажного раствора, после выхода которого на устье направляют его в осреднительную емкость и заливочным агрегатом осуществляют циркуляцию, постоянно контролируя плотность тампонажного раствора на входе и выходе из скважины, при этом некондиционные пачки тампонажного раствора выбрасываются в амбар. После стабилизации тампонажного раствора по плотности циркуляцию прекращают.

Далее в межколонное пространство 23 скважины закачивают расчетный объем продавочной жидкости, оставив примерно 100 л тампонажного раствора в межколонном пространстве 23 с учетом того, чтобы после продавки верхний уровень тампонажного раствора должен быть выше радиальных каналов 13 ниппеля 7 с целью исключения смешивания продавочной жидкости с тампонажным раствором, находящимся внутри промывочных труб 6. Производят продавку цементного раствора из межколонного пространства 23, сквозь тарельчатый клапан 14 и обратный клапан 18 и далее через сквозные отверстия 21 башмачной трубы 20 в заколонное пространство 22.

Затем в промывочные трубы 6 закачивают расчетный объем продавочной жидкости, оставив примерно 100 л тампонажного раствора в промывочных трубах 6 и производят продавку цементного раствора из промывочных труб 6 через нижнюю часть обсадной колонны 1, сквозь тарельчатый клапан 14 и обратный клапан 18 и далее через сквозные отверстия 21 башмачной трубы 20 в заколонное пространство 22.

Вновь опускают колонну промывочных труб вниз до тех пор, пока патрубок 2 герметично не вступит во взаимодействие с центральным отверстием 16 опорного кольца 5, а кольцевой выступ 11 патрубка 2 не сядет сверху на опорное кольцо 5.

Обратной промывкой (подачей промывочной жидкости в межколонное пространство 23 скважины) вымывают остатки тампонажного раствора из промывочных труб 6 и межколонного пространства 23 скважины.

Далее колонну промывочных труб 6 с патрубком 2 на конце поднимают на поверхность, а скважину оставляют на ОЗЦ (ожидание затвердевания цемента).

Устройство для цементирования обсадной колонны в скважине, включающее "стоп-кольцо" в виде заглушенного снизу патрубка с кольцевой выборкой, установленное в нижней муфте обсадной колонны опорное кольцо с возможностью телескопического взаимодействия с патрубком, срезной элемент, колонну промывочных труб, оснащенную на конце ниппелем с кольцевой проточкой и кольцевой выборкой со стопорным разрезным кольцом, выполненным с возможностью взаимодействия с кольцевой выборкой патрубка, отличающееся тем, что снизу обсадная колонна оснащена обратным клапаном, патрубок вставлен в ниппель с возможностью ограниченного кольцевым выступом перемещения вверх, а кольцевая проточка расположена выше кольцевой выборки на внутренней поверхности ниппеля, причем кольцевая проточка патрубка расположена сверху на его наружной поверхности, при этом кольцевая проточка ниппеля оснащена радиальными каналами, выполненными с возможностью герметичного перекрытия патрубком при его перемещении вверх, а опорное кольцо снизу оснащено тарельчатым клапаном и разрушаемым ограничителем, оставляющем тарельчатый клапан в открытом состоянии при спуске обсадной колонны в скважину, причем центральное отверстие опорного кольца выполнено с возможностью герметичного перекрытия патрубком, а тарельчатый клапан и разрушаемый ограничитель выполнены с возможностью взаимодействия с патрубком.