Устройство для цементирования обсадных колонн

Полезная модель относится к бурению скважин а именно к устройствам для их цементирования. Задачей полезной модели является создание устройства более простой конструкции, обеспечивающей надежную фиксацию разъединительной пробки в зоне «стоп-кольца».. Задача решается усовершенствованием конструкции устройства. Наконечник в передней своей части имеет разрезное стопорное кольцо, размещенное в канавке и подпружиненное эластичным кольцом, установленным в углублении, расточенным под углом в донной части цилиндрической канавки, а «стоп-кольцо» в нижней своей части имеет проточку под стопорное кольцо. Все узлы и детали, размещенные внутри патрубка изготовлены из легкоразбуриваемого материала-алюминия. По сравнению с известными техническими решениями устройство более простое и в то же время более надежное, безаварийное и энергоемкое.

Настоящее решение относится к бурению скважин а именно к устройствам для цементирования обсадных колонн

Известно устройство для цементирования скважин [1], включающее полый корпус с установленными на нем уплотнительными манжетами, сердечник, размещенный внутри корпуса с возможностью осевого перемещения, опорным диском и уплотнительными манжетами, при этом механизм фиксации установлен в верхней части корпуса и выполнен в виде подпружиненных стержней, установленных в обойме с возможностью рационального перемещения и конического упора, установленного на сердечнике с возможностью взаимодействия с подпружиненными стержнями, причем, меньшее основание конускеого упора обращено к вехней части устройства, а периферийные торцы стержней выполнены со скосом, направленным вниз и к оси устройства.

Известно устройство для цементирования обсадных колонн [2] включающее корпус с установленным в нам «стоп-кольцом», выполненным с верхним посадочным седлом, разделительную пробку и фиксационный якорь в виде разрезной пружинной цанги. Оно снабжено упором, установленным под стоп-кольцом, на котором с возможностью осевого перемещения установлена разрезная пружинная цанга, выполненная с клиновыми элементами в верхней ее части, а стоп-кольцо в нижней части выполнено с дополнительным посадочным седлом под клиновые элементы разрезной пружинной цанги, причем, внутренняя поверхность клиновых элементов и наружная поверхность разделительной пробки, взаимодействующей с клиновыи элементами выполнены с резьбой.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство [3], содержащее разделительную пробку, включающую эластичную манжету, установленную на участке сердечника с меньшим диаметром и уплотнительные элементы на Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство [3], содержащее разделительную пробку, включающую эластичную манжету, установленную на участке сердечника с меньшим диаметром и уплотнительные элементы на участке сердечника с большим диаметром и фиксатор, размещенный на опорной втулке, причем наружный диаметр уплотнительных элементов выбран под меньший внутренний диаметр «стоп»-кольца с посадочным седлом сверху и уступом, соединенного с корпусом, и установленных в составе обсадной колонны.

Существенным недостатком устройства является сложность конструкции из-за наличия большого количества деталей, в том числе массивного чугунного «стоп-кольца». Последнее занимает в устройстве большой объем, и при необходимости углубления скважины, ее приходится разбуривать в течении большого промежутка времени (для сравнения дюралюминий разбуривается в 5-6 раз быстрее по времени, чем чугун). Применение в подобного рода устройствах стальных узлов и деталей наподобие разрезных пружинных колец и т.д., также не желательно, поскольку могут привести к заклиниванию бурильного инструмента. Тем более, что согласно руководящих документов (РД), в любой оснастке, расположенной во внутренней части обсадной колонны не разрешается применение узлов и деталей изготовленных из стали.

Задачей полезной модели является создание устройства более простой конструкции, обеспечивающей надежную фиксацию разъединительной пробки в зоне «стоп-кольца» и безаварийное и менее энергоемкое по времени разбуривания внутри обсадной колонны.

Указанная задача решается предлагаемым устройством, содержащим цельнорезиновую пробку с эластичными манжетами и заштифтованным к ней в ее передней части дюралюминиевым наконечником, имеющим в верхней части коническую опорную поверхность, на участке меньшего диаметра уплотнительные кольца и разрезное стопорное кольцо «подпружиненное» эластичным (например резиновым) кольцом, установленным в канавке, расточенной под определенным углом в своей донной части, причем в нижней части «стоп»-кольца установленного в патрубке имеется цилиндрическая проточка под разрезное кольцо, а верхняя часть «стоп»-кольца имеет коническую опорную поверхность под посадочное седло, расположенное в верхней части наконечника.

Новым является то, что наконечник в передней своей части имеет разрезное стопорное кольцо, размещенное в канавке и подпружиненное эластичным кольцом, установленным в углублении, расточенном под определенным углом в донной части данной цилиндрической канавки, а «стоп»-кольцо в нижней своей части имеет проточку под стопорное кольцо, при этом все узлы и детали размещенные внутри патрубка, включая стопорное кольцо, изготовлены из легкоразбуриваемого материала - дюралюминия.

Исполнение фиксирующего узла устройства, в виде «подпружиненного» в канавке специальной конструкции стопорного кольца, позволяет беспрепятственно войти наконечнику пробки в посадочное седло «стоп»-кольца и зафиксироваться в нем с равномерным расположением стопорного кольца в ее цилиндрической проточке.

Были проведены специальные стендовые испытания предлагаемой конструкции устройства при равномерном расположении стопорного кольца в цилиндрической проточке «стоп»-кольца и неравномерном (одностороннем) его расположении.

При первой серии испытаний с равномерным расположением «стоп-кольца» при давлении в 28 МПа действующим со стороны передней части наконечника при 3-х испытаниях разрушения стопорного кольца не произошло. При одностороннем «неравномерном» расположении, так же при 3-х испытаниях, разрушение стопорного кольца произошло в среднем при 22,0-22,5 МПа, т.е. примерно при нагрузках на 22% ниже, чем при первой серии испытаний.

На Фиг.1 представлено устройство для цементирования обсадной колонны (продольный разрез)

Оно состоит из цельнорезиновой разделительной пробки 1 с эластичными манжетами. В передней части пробки закреплен дюралюминиевым штифтом 2 наконечник 3. В верхней части наконечник имеет коническую опорную поверхность (на фигуре не показано), а на участке меньшего диаметра в передней части наконечника размещены уплотнительные кольца 4 и разрезное стопорное кольцо 5 «подпружиненное» упругим элементом (например резиновым кольцом).

Разделительная пробка используется в комплекте со «стоп»-кольцом 7, имеющим сверху посадочное седло (на фигуре не показано), уплотнения 4, проточку 8 фиксированного расчетного диаметра и соединенным на резьбе с патрубком 9. Для центричного размещения упругого элемента, цилиндрическая проточка 8 под стопорное кольцо в донной своей части расточена под определенным углом.

Работает устройство следующим образом.

Обсадную колонну с башмаком (на фигуре не показаны), в составе которой установлены патрубок 9 со «стоп»-кольцом 7 спускают в скважину на расчетную глубину и производят цементирование с применением обычной технологии. При окончании цементирования наконечник 3 пробки 1 садится на «стоп»-кольцо 7. При этом коническая опорная поверхность пробки и посадочное седло «стоп»-кольца соприкасаются, а уплотнительные элементы 4 наконечника пробки входят во внутрь посадочного седла «стоп»-кольца и плотно прижимаются к ее поверхности. Разрезное стопорное кольцо 5 входит в цилиндрическую проточку 8, равномерно и соостно размещаясь в ней, фиксирует наконечник 3 пробки 1 в «стоп»-кольце 7.

При снятии давления в цементировочной головке (на фигуре не показано), давление столба цементного раствора в затрубном пространстве, действуя на наконечник 3, стремится вывести ее из контакта со «стоп»-кольцом 7. При этом стопорное кольцо 5, незначительно перемещаясь в осевом направлении и взаимодействуя с внутренней плоскостью цилиндрической проточки «стоп»-кольца 8, надежно удерживает разделительную пробку 1 с наконечником 3.

Предложенное устройство имеет предельно простую конструкцию, не имеет узлов и деталей, изготовленных из стали и чугуна, что существенно снижает затраты времени и исключает возможность возникновения аварийной ситуации при разбуривании.

Использованная информация

1. Аналог. А.С. 1079824, МКИ Е32В 33/16, 1984.

2. Прототип. Полезная модель 2002115472, МКИ Е21В 33/16.

Устройство для цементирования обсадных колонн, включающее опорную втулку, выполненную конусной, разделительную пробку, включающую эластичную манжету, уплотнительные элементы, фиксатор, «стоп-кольцо» с посадочным седлом, отличающееся тем, что оно содержит цельнорезиновую пробку с эластичными манжетами и заштифтованным в ее передней части дюралюминевым наконечником, имеющим в верхней части коническую опорную поверхность под посадочное седло уплотнения на участке меньшего диаметра, уплотнительные кольца и разрезное стопорное кольцо, подпружиненное, например, резиновым кольцом, входящим в цилиндрическую проточку под углом в своей донной части, причем в нижней части «стоп-кольца» имеется цилиндрическая проточка под разрезное стопорное кольцо.