Секционная разделительная пробка для цементирования ступенчатых обсадных колонн

Изобретение относится к области строительства и эксплуатации нефтяных и газовых скважин, в частности к устройствам для цементирования обсадных колонн.

Известна цементировочная пробка Э.М. Сулейманова (авторское свидетельство SU №1500763, МПК Е21В 33/16, опубл. в бюл. №30 от 15.08.1989), включающая упругий корпус с выполненным в нем глухим осевым отверстием и манжеты, закрепленные на наружной поверхности корпуса, при этом с целью повышения надежности ее работы в ступенчатых колоннах корпус выполнен в виде конуса, основание которого находится со стороны глухого осевого отверстия, а диаметры манжет последовательно уменьшаются сверху вниз под различные диаметры колонн.

Недостатками данной конструкции являются:

- отсутствие центрации относительно стенок обсадной колонны большого диаметра, что приводит к перекосу пробки и смешиванию продавочной жидкости с цементным раствором, что в свою очередь приведет к неполной продавке цемента в затрубное пространство;

некачественная очистка стенок обсадной колонны от цементного раствора;

- вероятность неполучения давления «стоп», если пробка подойдет к башмаку колонны с перекосом.

Известна разделительная цементировочная пробка (авторское свидетельство SU №1673727, МПК Е21В 33/16, опубл. в бюл. №32 от 30.08.1991), содержащая корпус с установленными на нем эластичными уплотняющими манжетами, имеющими на своей поверхности глухие выемки, при этом с целью повышения эффективности разделения жидкости в колонне двухразмерных обсадных труб манжеты выполнены одного диаметра и имеют на периферийной части сквозные клинообразные пазы, вершины которых расположены на окружности большего уплотняемого размера, при этом глухие выемки выполнены клинообразными с обеих сторон каждой манжеты, вершины их расположены на окружности меньшего уплотняемого диаметра, а дугообразные основания на окружности, длина которой соответствует меньшему уплотняемому размеру, увеличенной на длину этих дугообразных оснований.

Недостатки данной конструкции:

- наличие клинообразных пазов может привести к смешиванию продавочной жидкости с цементным раствором;

- клинообразные пазы также уменьшают центрацию пробки относительно стенок колонны.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому изобретению является секционная разделительная пробка для цементирования ступенчатых обсадных колонн (авторское свидетельство SU №1408052, МПК Е21В 33/16, опубл. в бюл. №25 от 07.07.1988), состоящая из сердечника и связанных с ним наконечника и эластичных манжет разного диаметра, имеющих уплотнительную и коническую разделительную части, при этом с целью повышения надежности работы пробки путем исключения перекоса при выходе манжет в секцию колонны меньшего диаметра за счет складывания манжет в равномерные гофры на участках манжет, предназначенных для образования местного прогиба по направлению к оси пробки при выходе манжеты в секцию колонны меньшего диаметра, на внешней поверхности разделительной части манжет вдоль образующих конуса выполнены глухие канавки.

Недостатком данной конструкции является отсутствие центрации относительно стенок обсадной колонны большого диаметра, что приводит к перекосу пробки и смешиванию продавочной жидкости с цементным раствором, что в свою очередь приведет к неполной продавке цемента в затрубное пространство.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности работы разделительной пробки в ступенчатых обсадных колоннах за счет надежной центрации пробки в различных диаметрах колонн, которая обеспечивается большей длиной пробки относительно ее диаметра и гарантированным прижатием манжет пробки к стенкам колонны как малого диаметра, так и большого.

Техническая задача решается секционной разделительной пробкой для цементирования ступенчатых обсадных колонн, состоящей из сердечника и связанных с ним наконечника и эластичных манжет, имеющих уплотнительную и коническую разделительную части.

Новым является то, что манжеты изнутри подпружинены наружу пластинами, а наконечник снабжен эластичными центраторами, причем расстояние по оси между верхней манжетой и нижним центратором больше, чем максимальный внутренний диаметр обсадной колонны.

На фиг. 1 изображена разделительная пробка в обсадной колонне малого диаметра, на фиг. 2 - разделительная пробка в обсадной колонне большего диаметра.

Секционная разделительная пробка для цементирования ступенчатых обсадных колонн состоит из сердечника 1 (фиг. 1 и 2) и связанных с ним наконечника 2 и эластичных манжет 3, имеющих уплотнительную 4 и коническую 5 разделительную части. Манжеты 3 изнутри подпружинены наружу пластинами 6, а наконечник 2 снабжен эластичными центраторами 7.

Секционная разделительная пробка для цементирования ступенчатых обсадных колонн работает следующим образом.

Из цементировочной головки разделительную пробку продавливают в обсадную колонну потоком жидкости на границе разделяемых жидкостей. Эластичные центраторы 7, закрепленные на наконечнике 2, и эластичные манжеты 3 вместе с пружинными пластинами 6 установлены на сердечнике 1, при этом сжаты до внутреннего диаметра обсадной колонны d1 (фиг. 1). Коническая разделительная часть 5 манжеты служит для упрощения установки пробки в цементировочную головку, а также для направления пробки при движении. Уплотнительная разделительная часть 4 дает необходимую центрацию и служит для лучшего разобщения цементного раствора и продавочной жидкости. В таком виде разделительная пробка продавливается до обсадной колонны большего диаметра d2. При входе в эту колонну эластичные манжеты 3 под действием пружинных пластин 6 расправляются до внутреннего диаметра d2 (фиг. 2). Эластичные манжеты 7 также расправляются и начинают центрировать разделительную пробку относительно стенок обсадной колонны большего диаметра d2. Для лучшей центрации пробки в обсадной колонне большего диаметра d2 расстояние Н по оси между верхней манжетой 3 и нижним центратором 7 больше, чем максимальный внутренний диаметр обсадной колонны d2. Это условие исключает возможность перекоса пробки внутри колонны в процессе продавки цементного раствора.

Эта же разделительная пробка может применяться при цементировании хвостовиков, чтобы исключить применение двух пробок. Сначала манжеты разделительной пробки сжимаются, и пробка проходит по колонне бурильных труб, на которых спускается хвостовик, затем, попадая в хвостовик, эта же пробка продавливает цементный раствор до башмака хвостовика.

Предлагаемая конструкция позволяет повысить эффективность работы разделительной пробки в ступенчатых обсадных колоннах за счет центрации пробки в различных диаметрах колонн, которая обеспечивается большей длиной пробки относительно ее диаметра и гарантированным прижатием манжет пробки к стенкам колонны как малого диаметра, так и большого.