Устройство для цементирования обсадной колонны в скважине

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, колонну промывочных труб, оснащенную жесткими центраторами. Колонна промывочных труб на конце оснащена ниппелем с кольцевой проточкой снизу и кольцевой выборкой наверху. В кольцевой выборке патрубка установлено стопорное разрезное кольцо, имеющее возможность фиксации патрубка при его перемещении снизу верх относительно опорного кольца. На нижний конец нижней муфты навернут переходник, жестко соединенный снизу с промежуточной муфтой, в которой герметично размещен обратный клапан. Патрубок зафиксирован на кольцевой проточке ниппеля срезным элементом. Внутренний диаметр опорного кольца выполнен с возможностью герметичного взаимодействия с наружными диаметрами патрубка и ниппеля. Ниппель заглушен снизу и снабжен радиальными каналами, которые герметично перекрыты снаружи втулкой. Втулка зафиксирована на ниппеле разрушаемым элементом и снабжена внутренним кольцевым углублением с пружинным разрезным кольцом. Втулка выполнена с возможностью осевого перемещения вверх, открывая радиальные каналы и фиксируясь вверху пружинным разрезным кольцом, взаимодействующим с кольцевой выборкой ниппеля. На нижнем конце промежуточной 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, а также позволяет исключить использование осреднительных емкостей, в связи чем упрощается технология приготовления тампонажного раствора. Кроме того, устройство гарантированно исключает поступление закаченного в заколонное пространство скважины тампонажного раствора обратно в обсадную колонну благодаря установке друг под другом «стоп-кольца» и обратного клапана.

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

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 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.

Недостатки данной конструкции устройства:

во-первых, возможно заклинивание 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;

во-вторых, необходимо использование осреднительных емкостей при приготовлении тампонажного раствора;

в-третьих, невозможна опрессовка колонны промывочных труб после спуска устройства в скважину непосредственно перед цементированием.

Задачей полезной модели является разработка конструкции устройства, позволяющего после спуска его в скважину перед цементированием опрессовать колонну промывочных труб на требуемое давление, и также исключить использование осреднительных емкостей при приготовлении тампонажного раствора и гарантировано исключить поступления 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 жесткими центраторами и на конце ниппелем с кольцевой проточкой внизу и кольцевой выборкой, стопорное разрезное кольцо.

Новым является то, что снизу обсадная колонна оснащена обратным клапаном, кольцевая выборка ниппеля выполнена вверху, а патрубок зафиксирован на кольцевой проточке ниппеля срезным элементом, при этом стопорное разрезное, кольцо установлено в кольцевой выборке патрубка с возможностью фиксации патрубка снизу верх относительно опорного кольца, внутренний диаметр которого выполнен с возможностью герметичного взаимодействия с наружными диаметрами патрубка и ниппеля, заглушенного снизу и снабженного радиальными каналами, которые герметично перекрыты снаружи втулкой, зафиксированной на ниппеле разрушаемым элементом, причем втулка снабжена внутренним кольцевым углублением с пружинным разрезным кольцом и выполнена с возможностью осевого перемещения вверх, открывая радиальные каналы и фиксируясь вверху пружинным разрезным кольцом, взаимодействующим с кольцевой выборкой ниппеля.

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

На фиг.2 - то же самое в процессе циркуляции при приготовлении тампонажного раствора.

Устройство для цементирования обсадной колонны 1 в скважине (см. фиг.1) включает «стон-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, колонну промывочных труб 6, оснащенную жесткими центраторами 7.

Колонна промывочных труб 6 на конце оснащена ниппелем 8 с кольцевой проточкой 9 снизу и кольцевой выборкой 10 наверху.

В кольцевой выборке 3 патрубка 2 установлено стопорное разрезное кольцо 11, имеющее возможность фиксации патрубка 2 при его перемещении снизу верх относительно опорного кольца 5. На нижний конец нижней муфты 4 навернут переходник 12, жестко соединенный снизу с промежуточной муфтой 13, в которой герметично размещен обратный клапан 14. Патрубок 2 зафиксирован на кольцевой проточке 9 ниппеля 8 срезным элементом 15.

Внутренний диаметр опорного кольца 5 выполнен с возможностью герметичного взаимодействия с наружными диаметрами патрубка 2 и ниппеля 8. Ниппель 8 заглушен снизу и снабжен радиальными каналами 16, которые герметично перекрыты снаружи втулкой 17.

Втулка 17 зафиксирована на ниппеле 8 разрушаемым элементом 18 и снабжена внутренним кольцевым углублением 19 с пружинным разрезным кольцом 20. Втулка 17 выполнена с возможностью осевого перемещения вверх, открывая радиальные каналы 16 и фиксируясь вверху пружинным разрезным кольцом 20, взаимодействующим с кольцевой выборкой 10 ниппеля 8.

На нижнем конце промежуточной муфты 13 установлена башмачная труба 21, имеющая сквозные отверстия 22.

Устройство работает следующим образом.

После подготовительных работ в скважину на проектную глубину спускают обсадную колонну 1 в сборе с вышеописанной компоновкой на конце (см. фиг.1 и 2).

Затем во внутрь обсадной колонны 1 спускают колонну промывочных труб 6, оснащенную на конце ниппелем 8 с патрубком 2 и размещенной на них втулкой 17. В процессе спуска колонна промывочных труб 6 центрируется посредством жестких центраторов 7 относительно обсадной колонны 1, что гарантирует последующее попадание «стоп-кольца», выполненного в виде заглушенного снизу патрубка 2, в опорное кольцо 5, герметично размещенное в нижней муфте 4 обсадной колонны 1.

Спуск промывочных труб 6 (расчетным путем) продолжают до тех пор, пока заглушенный снизу патрубок 2 не достигнет опорного кольца 5 примерно за 3-5 метров.

Затем делают подгонку длины колонны промывочных труб 6 посредством подгоночного патрубка (на фиг.1 и 2 не показано) с учетом возможности ее обвязки с заливочным агрегатом (на фиг.1 и 2 не показано) при осевом перемещении промывочных труб 6 вниз до тех пор, пока нижний конец заглушенного снизу патрубка 2 не окажется в переходнике 12 (пространстве между опорным кольцом 5 и обратным клапаном 14).

Производят опрессовку колонны промывочных труб 6 на предполагаемое максимальное давление, возникающее при продавке цементного раствора в заколонное пространство 23 скважины.

Убедившись в герметичности промывочных труб 6, их доспускают вниз до тех пор, пока втулка 17 не вступит во взаимодействие с верхним торцом опорного кольца 5, о чем свидетельствует частичная потеря веса промывочных труб 6 на индикаторе веса, установленного на устье скважины (на фиг.1 и 2 не показано).

Далее разгрузку колонны промывочных труб 6 на опорное кольцо 5 продолжают, при этом срезается разрушаемый элемент 18, и колонна промывочных труб 6, оснащенная на конце ниппелем 8 и расположенным в его с кольцевой проточкой 9 патрубком 2, перемещаются вниз, при этом втулка 17 остается неподвижно на опорном кольце 5.

В определенный момент пружинное разрезное кольцо 20, находящееся во внутреннем кольцевом углублении 19 втулки 17, попадает в кольцевую выборку 10 ниппеля 8 и фиксирует втулку 17 в верхней части ниппеля 8 неподвижно (см. фиг.2).

Далее колонну промывочных труб 6 приподнимают вверх до тех пор, пока стопорное разрезное кольцо 11, установленное в кольцевой выборке 3 патрубка 2, не зафиксируется снизу относительно опорного кольца 5, при этом патрубок 2 герметично сядет в опорное кольцо 5, исключая пропуски тампонажного раствора вниз при последующем его приготовлении, а радиальные каналы 16 ниппеля 8, заглушенного снизу, разместятся выше опорного кольца 5 (см. фиг.2).

Герметизируют на устье скважины межколонное пространство 24 между промывочными трубами 6 и обсадной колонной 1.

После этого закачкой жидкости через промывочные трубы 6, радиальные каналы 16 ниппеля 8 в межколонное пространство 24 скважины, а затем вновь в промывочные трубы 6 - циркуляцией приготавливают тампонажный раствор (межколонное пространство 24 скважины используется в качестве осреднительной емкости).

Далее доспускают колонну промывочных труб 6 (см. фиг.1) вниз до тех пор, пока радиальные каналы 16 ниппеля 8 не окажутся между опорным кольцом 5 и обратным

клапаном 14, при этом опорное кольцо 5 вступит в герметичное взаимодействие, с оказавшимся внутри него ниппелем 8, исключая попадание тампонажного раствора и продавочной жидкости внутрь обсадной колонны 1.

Продолжают закачку тампонажного раствора в промывочные труб 6, но теперь уже тампонажный раствор сквозь переходник 12 и обратный клапан 14, через сквозные отверстия 22 башмачной трубы 21 поступает в заколонное пространство 23 скважины до выхода тампонажного раствора на устье скважины, а затем вновь в промывочные трубы 6. Таким образом, осуществляют циркуляцию тампонажного раствора через заколонное пространство 23 скважины.

После стабилизации тампонажного раствора по плотности циркуляцию прекращают.

Далее в промывочные трубы 6 закачивают расчетный объем продавочной жидкости, оставив примерно 100 л тампонажного раствора в промывочных трубах 6. После чего производят продавку тампонажного раствора из промывочных труб 6 сквозь переходник 12 и обратный клапан 14 через сквозные отверстия 22 башмачной трубы 21 в заколонное пространство 13 скважины.

Далее начинают подъем промывочных труб 6, при этом обратный клапан 14 предотвращает обратное вытекание цементного раствора из заколонного пространства, который после выхода на устье направляют в емкость заливочного агрегата и осуществляют циркуляцию, постоянно контролируя плотность тампонажного раствора на входе и выходе из скважины.

В процессе подъема промывочных труб 6 вверх стопорное разрезное кольцо 11, установленное в кольцевой выборке 3 патрубка 2, вновь фиксируется снизу относительно опорного кольца 5, при этом патрубок 2 вновь герметично садится в опорное кольцо 5, а радиальные каналы 16 ниппеля 8, заглушенного снизу, располагаются выше опорного кольца 5. После чего обратной промывкой (подачей промывочной жидкости в межколонное пространство 24) вымывают остатки тампонажного раствора из межколонного пространства 24 скважины и промывочных труб 6.

Далее промывочным трубам 6 дают натяжку вверх, при этом разрушается срезной элемент 15 и заглушенный снизу патрубок 2 остается герметично в опорном кольце 5 нижней муфты 4, надежно перекрывая сечение обсадной колонны 1 от проникновения тампонажного раствора из-за заколонного пространства 23 в случае пропуска обратного клапана 14. Далее промывочные трубы 6 с ниппелем 8 поднимают на поверхность и скважину оставляют на ОЗЦ (ожидание затвердевания цемента).

Предлагаемое устройство позволяет после спуска устройства в скважину перед цементированием обсадной колонны спрессовать колонну промывочных труб на требуемое давление, а также позволяет исключить использование осреднительных емкостей, в связи чем упрощается технология приготовления тампонажного раствора. Кроме того, устройство гарантированно исключает поступление закаченного в заколонное пространство скважины тампонажного раствора обратно в обсадную колонну благодаря установке друг под другом «стоп-кольца» и обратного клапана.

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 жесткими центраторами и на конце ниппелем с кольцевой проточкой внизу и кольцевой выборкой, стопорное разрезное кольцо, отличающееся тем, что снизу обсадная колонна оснащена обратным клапаном, кольцевая выборка ниппеля выполнена вверху, а патрубок зафиксирован на кольцевой проточке ниппеля срезным элементом, при этом стопорное разрезное кольцо установлено в кольцевой выборке патрубка с возможностью фиксации патрубка снизу верх относительно опорного кольца, внутренний диаметр которого выполнен с возможностью герметичного взаимодействия с наружными диаметрами патрубка и ниппеля, заглушенного снизу и снабженного радиальными каналами, которые герметично перекрыты снаружи втулкой, зафиксированной на ниппеле разрушаемым элементом, причем втулка снабжена внутренним кольцевым углублением с пружинным разрезным кольцом и выполнена с возможностью осевого перемещения вверх, открывая радиальные каналы и фиксируясь вверху пружинным разрезным кольцом, взаимодействующим с кольцевой выборкой ниппеля.