Скважинный вибратор для обсадной колонны
Предложение относится к строительству скважин, а именно к устройствам для цементирования обсадных колонн. Скважинный вибратор для обсадной колонны, включает полый корпус с присоединительными резьбами и подпружиненный вверх посредством пружины и установленный в полости корпуса поршень-клапан и перепускной канал. Поршень-клапан снабжен сквозным отверстием сообщающим пространства над и под ним, причем диаметр - d сквозного отверстия значительно меньше внутреннего диаметра - D корпуса. Корпус сверху соединен с колонной труб (например, колонной насосно-компрессорных труб), спускаемых в обсадную колонну. Корпус снабжен верхним и нижним рядами радиальных отверстий, которые соединены снаружи перепускным каналом, причем верхний ряд радиальных отверстий выполнен с возможностью перекрытия поршнем-клапаном в начальном положении. Предлагаемый скважинный вибратор для обсадной колонны состоит из технологически простых деталей, что позволяет снизить материальные затраты на изготовление и сборку, а повышение надежности и эффективности его работы связано с упрощением конструкции и снижением зависимых друг от друга в работе деталей. 1 илл. на 1 л.
Предложение относится к строительству скважин, а именно к устройствам для цементирования обсадных колонн.
Известен вибробашмак цементируемой колонны (патент RU №2061841 МПК 7 Е 21 В 33/16, опубл. от 10.06.1996 г.), включающий полый корпус с боковыми отверстиями, присоединительной резьбой и предохранительным клапаном, цилиндр из легкоразбуриваемого материала с полостью, входным каналом, сообщающим полость корпуса с полостью цилиндра и выходным осевым каналом, сообщающим полость цилиндра с внешним пространством, зубчатое колесо из легкоразбуриваемого материала на легкоразбуриваемом валу, размещенное в полости, сопло из легкоразбуриваемого материала, помещенное во входном канале и ориентированное в область делительного диаметра зубчатого колеса, и направляющую пробку, при этом цилиндр выполнен с карманом и полостью в виде цилиндрической полости, которая перекрыта диском, имеющим карман и эксцентричное отверстие, а вал зубчатого колеса выполнен с дебалансом в виде втулки с эксцентричным пластинчатым кругом и установлен по оси цилиндрической полости в карманах цилиндрах и диска с возможностью открытия-закрытия пластинчатым кругом эксцентричного отверстия, при этом входной канал выполнен тангенциальным по отношению к цилиндрической полости, а боковое отверстие корпуса выполнено со стороны диска по оси цилиндрической полости.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является башмак обсадной колонны (авторское свидетельство SU №1661372 МПК 7 Е 21 В 33/14, опубл. в бюл. №25 от 07.07.1991 г.), включающий полый корпус с проходным верхним и нижним переводниками и расположенный внутри корпуса поршень-клапан с выступами на наружной поверхности в верхней части, подпружиненный относительно верхнего переводника, и шток, проходящий внутри поршня-клапана и связанный нижним концом с нижним переводником, при этом поршень-клапан выполнен с двумя внутренними полостями, разделенными кольцевым выступом, образующим осевой канал, и имеет элемент для перекрытия этого канала, причем этот элемент перекрывает осевой канал в верхнем положении поршня клапана и открывает в нижнем положении последнего.
Как аналогу, так и прототипу присущи общие недостатки:
во-первых, сложность конструкции, обусловленная большим количеством узлов и деталей;
во-вторых, сложность изготовления и сборки, обусловленная большим количеством технологически сложных деталей, а невыполнение жестких требований при изготовлении и сборке снижает надежность работы устройства;
в-третьих, большое количество зависимых друг от друга деталей, что в процессе работы снижает эффективность устройства.
Технической задачей полезной модели является упрощение конструкции устройства и повышение надежности и эффективности работы.
Поставленная техническая задача решается предлагаемым скважинным вибратором для обсадной колонны, включающим полый корпус с присоединительными резьбами, подпружиненный вверх и установленный в полости корпуса поршень-клапан и перепускной канал.
Новым является то, что поршень-клапан снабжен сквозным отверстием сообщающим пространства над и под ним, причем диаметр - d сквозного отверстия значительно меньше внутреннего диаметра - D корпуса, соединенного с колонной труб, спускаемой в обсадную колонну, при этом корпус оснащен верхним и нижним рядами радиальных отверстий, которые соединены снаружи перепускным каналом, причем верхний ряд радиальных отверстий выполнен с возможностью перекрытия поршнем-клапаном в начальном положении.
На фигуре изображено предлагаемое устройство перед цементированием обсадной колонны в продольном разрезе.
Скважинный вибратор для обсадной колонны включает полый корпус 1 с присоединительными резьбами 2 и 3, подпружиненный вверх посредством пружины 4 и установленный в полости корпуса 1 поршень-клапан 5 и перепускной канал 6. Корпус 1 сверху соединен с колонной труб 7 (например, колонной насосно-компрессорных труб), спускаемых в обсадную колонну 8.
Корпус 1 снабжен верхним 9 и нижним 10 рядами радиальных отверстий, которые соединены снаружи перепускным каналом 6, причем верхний ряд радиальных отверстий 9 выполнен с возможностью перекрытия поршнем-клапаном 5 в начальном положении.
Поршень-клапан 5 снабжен сквозным отверстием 11 гидравлически сообщающим пространства над и под ним, причем диаметр - d сквозного отверстия 11 значительно меньше внутреннего диаметра - D корпуса 1.
Компоновка нижней части обсадной колонны 8 и компоновка, присоединяемая к низу корпуса 1 скважинного вибратора для обсадной колонны может быть различной. В качестве примера рассмотрим один из вариантов компоновок, который представлен на фигуре.
На нижний конец корпуса 1 навернут патрубок 12, заглушенный снизу заглушкой 13. В патрубке 12 выше заглушки 13 выполнены радиальные отверстия 14, гидравлически сообщающие внутренние пространства колонны труб 7 и обсадной колонны 8.
Заглушка 13 посредством срезного элемента 15 соединена с обратным клапаном 16, выполненным в виде полого заглушенного снизу цилиндра, имеющего наружную цилиндрическую выборку 17, в которой размещено стопорное кольцо 18, имеющее возможность взаимодействия с цилиндрической выборкой 19 седла 20. Седло 20 герметично установлено в составе обсадной колонны 8 выше центрального клапана обратного давления (ЦКОД) 21 и соединено с последним посредством переходника 22.
На нижний конец ЦКОДа 21 навернута башмачная труба 23 со сквозными отверстиями 24, гидравлически соединяющими внутреннее пространство обсадной колонны 8 с ее наружным пространством.
Устройство работает следующим образом.
В обсадную колонну 8 скомпонованную (см. фигуру) и спущенную в скважину, собирают и на конце колонны труб 7 спускают скважинный вибратор для обсадной колонны, при этом в присоединительную резьбу 3 вворачивают нижний конец колонны труб 7, а в присоединительную резьбу 2 корпуса 1 вворачивают патрубок 12 с обратным клапаном 16 на конце. Колонну труб 7 постепенно наращивают и устройство опускается в обсадную колонну 8 до тех пор, пока обратный клапан 16 не достигнет ЦКОДа 21, при этом расчет элементов компоновки производят таким образом, чтобы нижний торец корпуса 1 находился на 5-10 метров выше седла 20.
Производят цементирование обсадной колонны 8, при этом в колонну труб 7 с устья скважины закачивают цементный раствор, который достигнув скважинного вибратора для обсадной колонны под действием давления закачки воздействует на поршень-клапан 5, при этом закачиваемый цементный раствор через сквозное отверстие 11 диаметром d из пространства над поршень-клапаном 5 попадает в пространство под поршень-клапаном 5 и воздействует на последний снизу. Закачку цементного раствора продолжают, и в определенный момент давление на поршень-клапан 5 сверху превышает давление на него снизу, поскольку диаметр d сквозного отверстия значительно меньше внутреннего диаметра D корпуса 1. В результате поршень-клапан 5, сжимая пружину 4 опускается вниз до тех пор, пока не откроется верхний ряд радиальных отверстий 9, который был перекрыт поршень- клапаном 5 в начальном положении. Закачку цементного раствора продолжают, в следствии чего последний из колонны труб 7 через открывшийся под действием давления закачки верхний ряд радиальных отверстий 9 корпуса 1 по перепускному каналу 6 сквозь нижний ряд радиальных отверстий 10 попадает внутрь
корпуса 1 и далее в патрубок 12, при этом давление над поршень-клапаном 5 падает и последний за счет возвратной силы пружины 4 возвращается обратно, перекрывая верхний ряд радиальных отверстий 9.
Закачку цементного раствора продолжают, при этом давление над поршень-клапаном 5 вновь возрастает и последний вновь опускается вниз, сжимая пружину 4 и открывая верхний ряд радиальных отверстий 9 и вновь происходит поступление цементного раствора в патрубок 12. В дальнейшем цикл повторяется и происходит пульсирующая закачка цементного раствора через радиальные отверстия 14 патрубка 12, внутреннее пространство обсадной колонны 8 ниже седла 20, через переходник 22 и ЦКОД 21, а также через сквозные отверстия 24 башмачной трубы 23 в наружное пространство обсадной колонны 8, цементируя последнюю.
По окончанию цементирования обсадной колонны 8 закачку цементного раствора в колонну труб 7 прекращают. ЦКОД 21 под давлением столба цементного раствора за обсадной колонной 8 закрывается. Колонну труб 7 приподнимают вверх до тех пор, пока обратный клапан 16 герметично не вступит во взаимодействие с седлом 20. После этого к колонне труб 7 с устья скважины прикладывают дополнительную нагрузку равную примерно 40-50 кН до разрушения срезного элемента 15. После разрушения срезного элемента 15 колонну труб 7 приподнимают еще на 2-3 метра, при этом обратный клапан 16, стопорным кольцом 18, расположенным в его наружной цилиндрической выборке 17, фиксируется в цилиндрической выборке 19 седла 20.
Затем прямой промывкой (подачей промывочной жидкости в колонну труб 7) удаляют излишки цементного раствора из колонны труб 7. Промывка устройства от остатков цементного раствора (последовательность перемещения деталей) происходит аналогично, как и при закачке цементного раствора.
Предлагаемый скважинный вибратор для обсадной колонны состоит из технологически простых деталей, что позволяет снизить материальные затраты на изготовление и сборку, а повышение надежности и эффективности его работы связано с упрощением конструкции и снижением зависимых друг от друга в работе деталей.
Скважинный вибратор для обсадной колонны, включающий полый корпус с присоединительными резьбами, подпружиненный вверх и установленный в полости корпуса поршень-клапан и перепускной канал, отличающийся тем, что поршень-клапан снабжен сквозным отверстием сообщающим пространства над и под ним, причем диаметр - d сквозного отверстия значительно меньше внутреннего диаметра - D корпуса, соединенного с колонной труб, спускаемой в обсадную колонну, при этом корпус оснащен верхним и нижним рядами радиальных отверстий, которые соединены снаружи перепускным каналом, причем верхний ряд радиальных отверстий выполнен с возможностью перекрытия поршнем-клапаном в начальном положении.
