Тампонажное устройство

 

Сущность изобретения: устройство содержит контейнер 1 с поршнем 3, разделяющим его на надпоршневую полость 4 и рабочую полость 5 с тампонажной смесью, пакер с упругими уплотнительными элементами 24, сигнализатор окончания рабочего хода поршня 3 и струйный пульсатор, содержащий корпус 8 со сливными окнами 9 и сопловой полостью 23, верхний переходник 10 с подводящим каналом 11, нижний пере

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Е 21 В 33/132

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4908707/03 (22) 07.02.91 (46) 15.04.93, Бюл. М 14 (71) Всесоюзный научно-исследовательский геологоразведочный институт угольных месторождений (72) Б. С. Лобанов (56) Авторское свидетельство СССР

1ч 4696189/03, кл. Е 21 В 33/14, 1989, Авторское свидетельство СССР

М 4819326/03, кл, Е 21 В 33/132, 1990, „„5IJÄÄ 1808994 Al (54) ТАМПОНАЖНОЕ УСТРОЙСТВО (57) Сущность изобретения: устройство содержит контейнер 1 с поршнем 3, разделяющим его на надпоршневую полость 4 и рабочую полость 5 с тампонажной смесью, пакер с упругими уплотнительными элементами 24, сигнализатор окончания рабочего хода поршня 3 и струйный пульсатор, содержащий корпус 8 со сливными окнами 9 и сопловой полостью 23, верхний переходник

10 с подводящим каналом 11, нижний пере1д

lb

gd

zz

21

Ю

13

1b

Д

14

1Р

1808994

Изобретение относится к бурению сква- сливными отверстиями 7 на верхнем конце, жин, в частности к устройствам для их там- соединенном с нижним концом контейнера понирования, 1, и установленный над контейнером струйЦель изобретения — повышение надеж- ный пульсэтор. содержащий корпус 8 с осености работы устройства и упрощения его 5 вым каналомисливнымиокнами9, верхний эксплуатации за счет обеспечения возмож- переходник 10 с подводящим каналом 11, ности получения устойчивого сигнала об установленный с возможностью вращения окончании рабочего хода поршня, исключе- относительно оси корпуса 8, нижний перения обрывов гибкой связи и снижения тре- ходник 12, соединяющий корпус 8 с контейбований к точности установки ее длины. 10 нером 1, питающее 13 и приемное 14 сопла, На фиг. 1 схематично изображено пред- размещенные в осевом канале корпуса 8 лагаемое тампонажное устройство, общий эксцентрично относительно его оси и соосвид; на фиг. 2 — график изменения величины нодругсдругом и гидравлически связанные сжатия возвратной пружины затвора уст- соответственно с каналом 11 и полостью 4, ройства по прототипу в зависимости от хода 15 и дефлектор 15, выполненный в виде диска поршня и времени; на фиг, 3 — график изме- с отверстиями 16, размещенного в корпусе рения величины сжатия пружин сигнализа- 8 между питающим 13 и приемными 14 сотора в предлагаемом устройстве в плами. Питающеесопло13имеетобойму17, зависимости от хода поршня и времени. закрепленную центральным стержнем 18

Тампонажное устройство включает 20 относительно нижнего переходника 12, а трубчатый контейнер 1 с пробкой 2 на ниж- приемное сопло 14 установлено в указаннем конце и поршнем 3, разделяющим внут- ном переходнике, Дефлектор 15 выполнен с ренний объем контейнера на осевым отверстием, через которое проходит надпоршневую 4 и рабочую 5 полости, по- стержень 18, и соединен патрубком 19 с следняя из которых зэполнена.тампонаж- 25 верхним переходником 10 с возможностью ным раствором, опорную трубу 6 со их совместного вращения. Обойма 17 азходник.12, питающее сопло 13 с обоймой 17, приемное сопло 14, дефлектор 15 с отверстиями 16, соединенный с верхним переходником 10 с возможностью их совместного вращения, и затвор 29 с возвратной пружиной связанный с поршнем 3 штоком 30 и гибкой связью 31, наматываемой на катушку

32, В поршне 3 выполнена осевая полость

44, внутри которой размещена пружина 45 с нижней подвижной опорой 47, соединенной штоком 48 с нижним концом гибкой связью 31, при этом усилие предварительного сжатия пружины 45, превышает по величине усилие предварительного сжатия возвратной пружины затвора. Длина колонковой трубы для контейнера 1 выбирается с учетом требуемого для тампонирования объема смеси, после чего устанавливают длину гибкой связи 31 с таким расчетом, чтобы при вытянутом вдоль оси устройства положении гибкой связи 31 (без сжатия пружины затвора 29 и пружины 45) расстояние от нижнего торца поршня 3 до упора,в который поршень упирается в конце своего рабочего хода, составляло не менее величины рабочего сжатия возвратной пружины затвора 29 и не более величины суммарного рабочего сжатия пружины затвора 29 и пружины 45. После установки длины гибкой связи 31 ее наматывают на катушку 32. После заправки контейнера опускают устройство в скважину к зоне тампонирования, опирают его на забой с перекрытием ствола скважины уплотнительными элементами 24, включают вращение и буровой насос. При вращении дефлекторэ 15 струя жидкости, формируемая соплом 13, периодически и роходит через отверстия 16 дефлектора и попадает в сопло 14, формируя в нем и надпоршневой полости 4 импульсное давление, воздействующее через поршень 3 на тампонэжную смесь, которая после опускания пробки 2 вниз выходит через сливные отверстия 7 в скважину. В процессе перемещения поршня 3 гибкая связь 31 разматывается с катушки 32. На конечном отрезке рабочего хода поршня 3 гибкая связь 31 полностью разматывается с катушки 32 и натягивается поршнем 3,. после чего при дальнейшем движении поршня 3 последовательно сжимаются вначале пружина затвора 29 с открытием последнего и падением давления в подводящем канале

11, а затем пружина 45. Поршень 3 садится на упор в момент, когда величина сжатия пружины 45 не превышает максимального значения. После падения давления в канале

11 и буровой колонне выключают вращение и буровой насос и поднимают устройство на поверхность, 3 ил.

1808994 мещена в патрубке 19 и снабжена в верхней части патрубком 20 и уплотнением 21, поджатым пружиной 22, а отверстия 16 в дефлекторе 15 расположены эксцентрично относительно его оси с эксцентриситетом, 5 равным эксцентриситету сопел 13 и 14.

Между нижним торцом обоймы 17 и верхним торцом переходника 12 имеется сопловэя полость 23, сообщающаяся с затрубным пространством через. сливные окна 9. Уст- 10 ройство может быть снабжено пакером, выполненным, например, в виде набора упругих уплотнительных элементов 24 и разделительных колец 25. Для разобщения вращающихся и неподвижных деталей меж- 15 ду верхним переходником 10 и корпусом 8 установлен подшипник 26, пакер выполнен с возможностью исключения взаимного . проворачивания его подвижных частей (например, за счет применения в его конструк- 20 ции шпоночного или шлицевого соединения деталей), а на конце опорной трубы 6 установлена буровая коронка 27, препятствующая вращению трубы относительно забоя скважины. 25

Устройство снабжено сигнализатором окончания рабочего хода поршня 3, содержащим выполненный в обойме 17 перепускной канал 28, вход которого сообщается с . подводящим каналом 11, а выход — с затруб- 30 ным пространством, и установленный на входе канала 28 подпружиненный гидравлический затвор 29, соединенный штоком

30-и гибкой связью 31 (например, тросом) с рабочим поршнем 3. Для удобства укладки 35 гибкой связи 31 в надпоршневой полости 4 и исключения ее запутывания связь 31 может быть снабжена катушкой 32 с осевым каналом для прохода промывочной жидкости и самой гибкой связи. Катушка 32 раз- 40 мещена в надпоршневой полости 4 соосно с контейнером и прикреплена к нижнему переходнику 12 пульсатора.

Для обеспечения возможности регулирования длины гибкой связи 31 при измене- 45 нии длины контейнера 1 устройство снабжено блоком 33 с внешней канавкой, ось которого входит в вилку 34, соединенную с поршнем 3. С целью обеспечения опе- ративного соединения и разъединения 50 гибкой связи 31 с поршнем 3 блок 33 выполнен быстросьемным, для чего в вилке 34 с каждой ее стороны выполнен Г-образный паз под ось блока 33, а последняя крепится к вилке 34 при помощи гайки — барашка 35. 55

Нижний конец гибкой связи 31, соединенный с поршнем 3, выполнен в виде петли 36, уложенной нижней частью в канавку блока

33, исключающего возможность появления остаточных деформаций гибкой связи в месте ее соединения с поршнем 3. Верхняя часть петли 36 снабжена фиксатором 37, установленным вблизи блока 33 и выполненным в виде разъемного соединения, например, в виде зажима из пластины с прорезью для закрепления в последней сдвоенной гибкой связи 31, образующей верхнюю часть петли 36, С целью исключения запутывания свободного конца гибкой связи 31, выходящего из фиксатора 37, гибкая связь снабжена направляющим фиксатором 38, удерживающим указанный свободный конец на основном звене гибкой связи 31, соединяющем шток 30 с блоком

33, Фиксатор 38 может быть выполнен. например, в виде кольца или короткой трубки из металла, пластмассы или резины и может быть скреплен (например. с помощью пайки, склеивания и т.п.) со свободным концом гибкой связи 31. При этом свободный конец гибкой связи 31 и ее основное звено продеты через фиксатор 38, который установлен с возможностью перемещения вдоль основного звена гибкой связи 31. С целью исключения скручивания гибкой связи 31 при ее наматывании на катушку 32 с вращением последней, а также при разматывании гибкой связи с катушки в процессе работы устройства, шток 30 и поршень 3 снабжены вертлюгэми 39 и 40, первый из которых соединен крючком 41 с верхним концом гибкой связи 31, а второй — осью 42 с вилкой 34 блока 33. Для обеспечения возможности выемки поршня 3 из контейнера после подъема устройства из скважины нижний конец контейнера 1 снабжен сьемным патрубком

43, При этом длина гибкой связи 31 в ее натянутом положении и длина сьемного патрубка 43 выбраны с обеспечением возмож- ности опускания блока 33 ниже нижнего торца контейнера 1 в конце рабочего хода поршня 3, Для обеспечения возможности получения устойчивого сигнала об окончании рабочего хода поршня 3 за счет увеличения времени нахождения затвора 30 в открытом положении до момента окончания рабочего хода поршня, а также для упрощения эксплуатации устройства за счет снижения требований к точности установки длины гибкой связи 31, в поршне 3 выполнена осевая полость 44 со стороны надпоршневой,полости

4, нижний конец гибкой связи 31 подпружинен относительно поршня 3 с помощью пружины 45, размещенной в полости 44 поршня

3, а верхний торец последнего. обращенный к надпоршневой полости 4, выполнен с буртиком 46 для опоры верхнего торца пружины 45, нижний торец которого снабжен опорой 47, соединенной штоком 48 с ниж7

1808994 ним концом гибкой связи 31, При этом усилие предварительного сжатия пружины 45 превышает по величине усилие предварительного сжатия возвратной пружины 31 затвора 30. При необходимости увеличения 5 длины рабочего хода пружины 45 без увеличения BblcoTbl поршня 3 к его верхнему тор- .:цу присоединяется втулка 49, внутренняя полость которой служит продолжением осевой полости 44 поршня. Для исключения 10 возможности обрыва гибкой связи 31 длина последней установлена с возможностью неполного сжатия пружины 45 в конце рабоче.го хода поршня 3, Тампонажное устройство работает сле- 15 дующим. образом, Перед заправкой устройства тампонажным материалом выбирают по длине колонковую трубу для контейнера 1 с учетом требуемого для тампонирования объема 20 смеси. Затем в соответствии с длиной выбранной колонковой трубы устанавливают длину гибкой связи 31 с таким расчетом, чтобы при вытянутом вдоль оси устройства положении гибкой связи (без сжатия пружи- 25 нц затвора 29 и пружины 45) расстояние от нижнего торца поршня 3 до упора, в который: поршень упирается в конце своего рабочего хода, составляло величину h, определяемую выражением 30

hS1« h h51+ Spy (1) где. F1 — величина хода поршня 3 от начала до окончания рабочего сжатия возвратной пружины затвора 29 и соответственно от начала до окончания открытия затвора 29; . Sp2 — регулируемый длиной гибкой связи 31 запас хода поршня 3, отсчйтываемый . от момента полного открытия затвора 29 до достижения поршнем 3 предельного рабочего хода, после которого дальнейшее движение поршня может вызвать обрыв гибкой связи 31.

Входящая в выражение (1) величина хода А31 равна Д„= с;„1 с;, (2) 45 где S< и Sg — соответственно величина хода

1 поршня 3 в начале и конце рабочего сжатия пружины затвора 29 и соответственно в начале и конце открытия указанного затвора.

Величина регулируемого запаса хода поршня с момента полного открытия затвора 29 и до упора поршня в конце его рабочего хода определяется выражением

Spz = актах Sk (3)

По окончании регулировки длины гиб55 кой связи 31 зажимают фиксатором 37 сдвоенную часть петли 36 вблизи блока 33, после чего наматывают гибкую связь 31 на катушку 32, Затем заправляют рабочую полость 5 контейнера 1 тампонажным раствором, соединяют пульсатор с контейнером 1, в верхней части которого устанавливают поршень 3, опускают устройство в скважину к зоне тампонирования, расположенной над естественным или искусственным забоем, и по достижении забоя загружают осевым усилием с опорой трубы 6 на забой. Под действием указанного усилия упругие злементы 24 пакера сжимаются и перекрывают ствол скважины над тампонируемым интервалом, после чего приводят во вращение буровую колонку, на которой подвешено устройство, и включают буровой насос, соединенный с буровой колонной, При атом дефлектор 15 приводится во вращение от верхнего переходника 10, соединенного с буровой колонной, а промывочная жидкость поступает по буровой колонне к подводящему каналу 11 и из него к питающему соплу

13, на выходе которого формируется напорная струя. В процессе вращения дефлектора

15 ось каждого из его отверстий 16 периодически (при каждом обороте дефлектора) схо- дится и расходится с общей осью сопел l3 и

14, При схождении оси отверстия 16 с осью сопел 13 и 14, напорная струя, формируемая соплом 13, попадает в .торцевое отверстие приемного сопла 14, вызывая в нем импуль-. сное повышение давления, а при расхождении оси отверстия 16 и оси сопел 13 и 14 дефлектор 15 перерезает напорную струю, перекрывая ее доступ к приемному, соплу

14, и вызывая тем самым импульсное падение давления в сопле 14. При схождении с осью сопел 13 и 14 оси следующего отверстия 16 дефлектора 15 в приемном сопле 14 формируется очередной импульс давления.

В результате на выходе приемного сопла 14 формируется пульсирующее давление, частота которого равна частоте вращения дефлектора 15, умноженной на число отверстий 16 в нем. Вырабатываемое пульсатором пульсирующее давление передается в надпоршневую полость 4 контейнера и через поршень 3 воздействует на тампонажный раствор, находящийся в рабочей полости 5. Под воздействием пульсирующего давления со стороны тампонажного раствора пробка 2 выбирается из нижнего отверстия контейнера 1, после чего поршень 3, на который действует пульсирующее давление со стороны надпоршневой FloRocTN 4, вытесняет тампонажный раствор из рабочей полости 5 контейнера через сливные отверстия 7 в тампонируемую зону скважины., Промывочная жидкость, не попадающая в приемное сопло 14 в периоды, когда напорная струя перерезается дефлектором 15, сливается из сопловой полости 23 в затруб1808994 ное пространство скважины через сливные По достижении волны понижения дэв- отверстия 9, ления поверхностного сигнального устройВ процессе перемещения поршня 3 ствэ вращение колонны и подачу рабочей вниз он разматывает гибкую связь 31 C ка- жидкости прекращают, а тэмпонажное уст.: ..тушки 32. При этом скручивание гибкой свя- 5 ройство поднимают на поверхность. При зи в процессе ее разматывания исключается этом затвор 29, пружина 45 и детали пакера .за счет свободного проворачивания нижне- возвращаются в исходное положение под го конца укаэанной связи вместе с блоком действием упругих сил, После подъема уст33 на вертлюге 40 относительно поршня 3, ройствэ из скважины отсоединяют от конВ момент времени (фиг. 3), когда рабочий 10 тейнера 1 съемный патрубок 43, ослабляют ход поршня S = So, гибкая связь 31 полно- гайку — барашек 35, снимают блок 33 с вилки стью разматывается с катушки 32 и натяги- 34, вынимают поршень 3 из патрубка 43, вается поршнем 3, после чего при снимают пульсатор с контейнера 1 и наводальнейшем движении.поршня происходит рачивают гибкую связь 31 нэ катушку 32, В сжатие возвратной пружины затвора 29, пе- 15 случае изменения длины контейнера 1 перемещаемого гибкой связью через шток 30, ред новым рейсом устройства в скважину и соответственно, открытие указанного за- вновь регулируют длину гибкой связи 31, твора. С началом открытия эатвбра 29 про- приводя ее в соответствие с новой длиной мывочная жидкость начинает сливаться из контейнера с соблюдением условия, опреподводящего канала 11 через перепускной 20 деляемого выражением (1). канал 28, отверстия 16 в дефлекторе 15, Введение в конструкцию устройства сопловую полость 23 и сливные отверстия 9 пружины, встраиваемой в поршень и подв затрубное пространство, В результате пружинивающей нижний конец гибкой свядавление в подводящем канале 11 и буро- зи относительно поршня, позволяет в вой колонне начинает снижаться, что слу- 25 несколько Раз (см, фиг, 2; 3) увеличить регужит информационным сигналом об лируемый запас рабочего хода Sp поршня, окончании работы устройства, В процессе отсчитываемый от момента полного открыперемещения по буровой колонне указан- тия затвора сигнализатора до достижения ного информационного сигнала в виде вол- поршнем предельного рабочего хода SK X, ны понижения давления поршень 3 30 после которогодальнейшее движение порпродолжаетсвой рабочий ход. Придостиже- шня может вызвать обрыв гибкой связи 31, нии величины его рабочего хода значения Поскольку поршень может быть иметь доЯк в момент времени tK сжатие пружины статочно большую высоту(обычно ее выбизатвора 29 достигает рабочего значения h>, рают в пределах 1 — 2 диаметров соответствующего полному открытию эа- 35 контейнера), величина Яр (фиг. 3) для предтвора 29 При дальнеЙшем движении порш- лагаемого УСТРОЙСтва получаЕТСЯ на прэктинЯ 3 в момент, когда величина его Рабочего Ke s 10 30 раз больше величины Яр„(фиг, 2), ходадостигаетзначениеЯ1,асжатиепружи- присущей усТроАсТеу по прототипу При ны затвора 29 достигает максимального значения h 1, начинает сжиматься и жина 4 д с и ает максимального мерно такого же порядка достигает в предлагаемом устройстве увеличение времени

45. При достижении конечного значения Ра- Т2 действия сигнализатора (нахождения забочего хода поршня S = Sê" последний садится на упб и прек ащает свое твора 29 в открытом положении) в сравнеУ р Рекрэщэет csoe нии с временем Т1 действия сигнализатора в устройстве по прототипу. Значительное дальнейшее движение. При этом сжатие пружины45достиГаетрабочегозначения112, 45 увеличе ие в предлагаемом Устройстве веменьшего или, в кРайнем слУчае, Равного по лич „, „э эме-ра Я личины параметра р исключает обрыв гибвеличине значению максимального сжатия кой связи и снижает требования к точности жением 1 поршень 3 садится на по с

У РУ coo ветствии с выра установки ее длины, что упрощает эксплуауказанной пружины. В соответствии с вы ае () ор е ь 3 садится на УпоР с тацию устройства, а увеличение времени Т действия сигнализатора обеспечивает возсоблюдением условия, что конечное значе- 50 е-ствия си нализа о ние раб ние абочего хода поршня Як" Яп ах", т.е, — можность получения устойчивого и легко . распознаваемого сигнала аб окончании раЯк" не превышает по величине предельное . распознаваемого сигнала аб о нча значение SKmax при пРевышении которого боты устройства. При этом большая величина регулируемого запаса хода поршня Яр и пРУжина 45 полностью сжимаетсЯ и даль- на регулируемого запаса о времени действия сигнализатора позволянейшее движение поршня может привести 55 времени Т действия сигнализа р к обрыву гибкой связи 31 в результате пере- . ет получать сигнал и выключа ь ус о

° ет получать сигнал и выключать устройство дачи на нее полной амплитуды импульсного (вращение и подачу промывочной жидкости)

УсилиЯ, создаваемого на поРшне импУльс- домоментапосадкипоршнянаупор, В свою ным давлением, фо ми емым и и льсатод е ие фоРмиРуемым и пульсато- очередь исключение возможности обрыва ром в полости 4.

1808994

25 гибкой связи и получение четкого сигнала об окончании работы устройства обеспечивают повышение надежности работы устройства.

Экономический эффект от внедрения изобретения будет получен за счет повышения надежности работы устройства и упрощения его эксплуатации.

Формула изобретения

Тампонажное устройство, включающее контейнер с поршнем, разделяющим его на надпоршневую полость и рабочую полость, заполненную тампонажным материалом, струйный пульсатор с подводящим каналом и выходным каналом; гидравлически связанным с надпоршневой полостью, и сигналиэатор.окончания рабочего хода поршня в виде гидравлического затвора с возвратной пружиной и гибкой связью, верхний конец которой соединен с затвором, а нижний — с поршнем, отл и ча ю щ ее ся тем, что, с целью повышения надежности работы и упрощения эксплуатации за счет обеспечения возможности получения устойчивого сигнала об окончании рабочего хода поршня, ис5 ключения обрывов гибкой связи и снижения требований к точности установки ее длины, в поршне выполнена осевая полость со стороны надпоршневой полости контейнера, нижний конец гибкой связи подпружинен

10 относительно поршня с помощью пружины, размещенной в осевой полости последнего, при этом верхний торец поршня, обращенный к надпоршневой полости, выполнен с буртиком под верхний торец указанной пру15 жины, нижний торец которой имеет подвижную в осевом направлении опору, соединенную с нижним концом гибкой связи, причем усилие предварительного сжатия размещенной в поршне пружины

20 превышает по величине усилие предварительного сжатия возвратной пружины затвора.

1808994

Ь1та

Редактор В.Трубченко

Заказ 1264 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул Гагарина, 101

bzma

Составитель БЛобанов

Техред М,Моргентал . Корректор Л.Пилипейко.