Результат интеллектуальной деятельности: МУФТА СТУПЕНЧАТОГО ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ РАВНОПРОХОДНАЯ

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности и используется при цементировании обсадных колонн.

При цементировании обсадных колонн наиболее часто используются муфты ступенчатого цементирования (МСЦ) со срезными штифтами (1, 2, 3, 4 и др.), срабатывание которых перед началом цементирования второй верхней ступени производится за счет срезания штифтов, расположенных между двумя цилиндрическими поверхностями. В срезных штифтах из-за неточности изготовления отверстий, в которых они размещены, и, особенно, из-за возможности наличия неконтролируемой величины фасок на сопрягаемых торцах этих отверстий напряжения среза частично могут заменяться напряжениями изгиба. В результате такой замены вида деформации разрушение штифтов может происходить при значительном разбросе возмущающих нагрузок, т.е. давлений срабатывания, что в свою очередь приводит к наблюдаемой на промыслах недостаточно высокой надежности работы МСЦ со срезными штифтами.

По этой же причине еще более низка надежность контролируемого среза штифтов, защемленных только одним концом, с помощью, например, продавочных пробок /5, 6 и др./.

Для повышения надежности контролируемого срабатывания МСЦ под ними в компоновке обсадной колонны используют дополнительные управляющие устройства /7 и др. /, бросают дополнительно в скважины шары /8/ или другие запорные устройства, осуществляют управление МСЦ путем натяжения обсадной колонны перед началом цементирования второй ступени /9/, спуская внутрь колонны различные управляющие или другие устройства на дополнительной колонне бурильных или насосно-компрессорных труб /10, 11, 12/. Однако во всех этих случаях или сохраняется недостаточно высокая надежность срабатывания МСЦ из-за наличия срезных штифтов, или усложняется процесс двухступенчатого цементирования обсадной колонны.

Надежность срабатывания увеличивается при замене штифтов другими запорными устройствами, размещаемыми при сохранении равнопроходного сечения обсадной колонны с МСЦ в приваренных к корпусу муфты, например, эксцентрично трубы большего диаметра или только сегментного кожуха /13/. Но в этом случае может затрудниться спуск обсадной колонны в скважину, что ограничивает возможность применения данного типа устройства, особенно в наклонных и искривленных вертикальных скважинах.

Наиболее близкой к предлагаемому устройству является МСЦ обсадной колонны /14/, содержащая полый корпус и подвижную втулку с перепускными каналами /циркуляционными отверстиями/, а также верхнюю и нижнюю разделительные пробки. Однако и в этом случае из-за наличия срезных штифтов снижается надежность срабатывания МСЦ, отсутствует возможность регулирования величины перепада давления, вызывающей срабатывание МСЦ, с контролем и корректировкой его непосредственно перед спуском в скважину с помощью, например, цементировочного агрегата.

Целью изобретения является: повышение надежности работы путем обеспечения возможности регулирования и контроля давления срабатывания МСЦ непосредственно перед спуском в скважину с помощью цементировочного агрегата, а также путем включения в конструкцию МСЦ вспомогательных /дублирующих/ запорных элементов.

Указанная цель достигается тем, что в равнопроходной МСЦ с верхней и нижней продавочными пробками, содержащей корпус с перепускными каналами, согласно изобретению внутри корпуса размещены двухступенчатый дифференциальный поршень, меньший диаметр которого расположен со стороны устья скважины, с радиальными перепускными отверстиями, замковое устройство и самоутапливающаяся в кольцевом пазе корпуса запорная кольцевая пружина дублирующего запорного узла, а замковое устройство выполнено в виде размещенных в радиальном отверстии корпуса цилиндра со штоком, подпружиненным сменными упругими элементами, причем головки цилиндра и выступающей из него части штока замкового устройства утоплены в ограниченной длины продольных несквозных пазах на наружной цилиндрической поверхности дифференциального поршня со стороны его меньшего диаметра. Кроме того, верхняя продавочная пробка дополнительно оснащена разбуриваемым хвостовиком с дополнительной разжимной самоутапливающейся кольцевой пружиной дублирующего запорного узла.

На фиг.1 представлен общий вид МСЦ в продольном разрезе, на фиг.2 - конструкция замкового устройства.

МСЦ содержит корпус 1 с перепускными радиальными каналами 2 и 3 различного поперечного сечения и с размещенным внутри него двухступенчатым дифференциальным поршнем 4, меньший диаметр которого, расположенный сверху, т. е. со стороны устья скважины, с радиальными отверстиями 5, замковым устройством и самоутапливаемой в кольцевой полости 6 корпуса запорной кольцевой пружиной 7 (дублирующий запорный узел), а также нижнюю 8 и верхнюю 9 продавочные пробки, причем верхняя пробка дополнительно оснащена разбуриваемым хвостовиком 10 с разжимной самоутапливаемой кольцевой пружиной 11, а замковое устройство выполнено в виде размещенного в радиальном отверстии корпуса 1 цилиндра 12 со штоком 13, подпружиненным сменными упругими элементами 14 в виде, например, тарельчатых пружин.

Корпус 1 снабжен на концах замковой резьбой для соединения с обсадной колонной 15, причем снизу - через переводник 16. На двухступенчатый дифференциальный поршень 4 насажены уплотнительные кольца круглого поперечного сечения меньшего 17 и большего 18 диаметров, а на цилиндр 12 и шток 13 соответственно кольца 19 и 20.

Шток 13 и цилиндр 12 со стороны оси корпуса снабжены головками 21 и 22, утопленными в несквозных продольных пазах соответственно 23 - меньшей длины и 24 - большей, выполненных на наружной цилиндрической поверхности дифференциального поршня 4 со стороны его меньшего диаметра.

Описанная конструкция устройства обеспечивает возможность исполнения его в равнопроходном с внутренним поперечным сечением обсадной колонны варианте исполнения и одновременно повышенную надежность раскрытия и перекрытия перепускных окон с наличием дублирующих запорных замковых узлов.

Работа МСЦ осуществляется следующим образом. Обсадная колонна с башмаком, оснащенным обратным клапаном, спускается в скважину. На поверхности, предварительно, замковое устройство подбором количества и жесткости заранее оттарированных пружин 14 настраивается на заданную величину срабатывания и МСЦ устанавливается в расчетном месте колонны, соответствующем местоположению ее, например, над поглощающим пластом. Одновременно с помощью цементировочного агрегата может быть осуществлен и контроль давлений, при которых МСЦ срабатывает. Производится спуск в скважину. От случайного раскрытия при спуске в результате, например, подачи жидкости в обсадную колонну, в случае ее прихвата, перепускных каналов 2 и 3 в корпусе 1 соответствующее перемещение дифференциального поршня 4 заблокировано штоком 13, затопленным в тупиковом конце продольного паза 23, и дополнительно запорной кольцевой пружиной 7.

После спуска в скважину прямой заливкой цементного раствора осуществляется первая стадия цементирования колонны. Перемещающаяся вслед за первой порцией цементного раствора до башмака обсадной колонны нижняя продавочная пробка 8 при прохождении через МСЦ перемещает предварительно сжатую запорную кольцевую пружину 7 вниз, которая, распрямляясь, самоутапливается в кольцевом пазе 6 корпуса 1, осуществляя этим процесс разблокирования продольного перемещения дифференциального поршня 4 дублирующим запорным узлом.

После завершения процесса первой стации цементирования в обсадной колонне закачкой промывочной жидкости создается расчетное избыточное давление. Упругие элементы 14 сжимаются, головка штока 13 выходит из паза 23 и дифференциальный поршень 4 за счет перепада давления на ступенях различного диаметра перемещается вверх - в направлении устья скважины до упора головки цилиндра 12 в тупиковый конец паза 24, обеспечивая сообщение внутренней полости колонны через отверстия 5 и каналы 2 и 3 в корпусе 1 с заколонным кольцевым пространством.

После окончания промывки в колонну подается вторая порция цементного раствора с продавочной пробкой 9 на конце. Раствор через отверстия 5 и каналы 2 и 3 проникает в кольцевое пространство и по нему поднимается до устья скважины. Пробка 9, дойдя до поршня 4, перемещает его вниз, перепускные каналы 2 и 3 МСЦ вновь перекрываются, а поскольку давление в заколонном пространстве от более тяжелого цементного раствора становится больше внутриколонного от продавочной жидкости, то головка штока 13 под действием пружин 14 возвращается в исходное положение, т.е. в паз 23, вновь запирая дифференциальный поршень 4 в положении, соответствующем транспортному, а разжимная самоутапливающаяся кольцевая пружина 11, попадая в кольцевой паз 6 корпуса 1, также разжимается но, находясь в этом пазу над кольцевой пружиной 7, обеспечивает дублирующую блокировку продольного перемещения дифференциального поршня 4, предупреждая этим возможное раскрытие перепускных каналов 2 и 3 МСЦ при случайном или технологически предусматриваемом повторном повышении давления внутри обсадной колонны, например, при опрессовке ее.

Таким образом исключается возможность преждевременного или неуправляемого срабатывания или несрабатывания МСЦ в процессе спуска обсадной колонны на различных стадиях цементирования и при последующей опрессовке ее. Наличие дублирующих запорных узлов и возможность регулирования давления срабатывания основного замкового устройства обеспечивают высокую надежность работы МСЦ в скважине.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Авторское свидетельство СССР 1375800, Е 21 В 33/14, 1986.

2. А.с. СССР 1778273, Е 21 В 33/14, 1990.

3. А.с. СССР 1629486, Е 21 В 33/14, 1987.

4. А.с. СССР 1379450, Е 21 В 33/14, 1986.

5. А.с. СССР 1618869, Е 21 В 33/14, 1988.

6. А.с. СССР 1765367, Е 21 В 33/14, 1986.

7. А.с. СССР 1461870, Е 21 В 33/14, 1987.

8. А.с. СССР 1760091, Е 21 В 33/14, 1989.

9. А.с. СССР 1788213, Е 21 В 33/14, 1990.

10. А.с. СССР 1618871, Е 21 В 33/14, 1988.

11. A.c. CCCP 1273507, Е 21 В 33/14, 1984.

12. А.с. СССР 1779742, Е 21 В 33/14, 1990.

13. А.с. СССР 1680952, Е 21 В 33/14, 1988.

14. А.с. СССР 1717793, Е 21 В 33/14, 1989.