[1]Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для проведения работ, связанных с креплением скважин и разобщением пластов.
[2]Известно устройство для цементирования скважин (см. а. с. №1.562.430, М кл Е21В 33/16, опубл. 28.03.88 г.). Устройство включает полый корпус с уплотнительными манжетами на наружной поверхности, сердечник, размещенный внутри корпуса, с возможностью осевого перемещения, опорный диск, установленный в нижней части сердечника, механизм фиксации устройства относительно обсадной колонны. Эластичное кольцо размещено между опорным диском и уплотнительными манжетами. Механизм фиксации устройства в обсадной колонне выполнен в виде подпружиненных стержней, установленных в обойме с возможностью радиального перемещения при взаимодействии с коническим упором.
[3]Устройство через цементировочную головку вводится в осевой канал обсадной колонны и потоком рабочей жидкости транспортируется на забой скважины с продавливанием цементного раствора в межтрубное пространство скважины. По достижении «кольцо-стоп» происходит остановка устройства. После сброса давления над устройством под действием перепада давления эластичное кольцо деформируется в радиальном направлении при торцовом взаимодействии с опорным диском сердечника до контакта со стенкой обсадной колонны и вводом во взаимодействие конусного упора с ответными коническими поверхностями подпружиненных стержней, которые перемещаются в радиальном направлении до контакта со стенкой трубы обсадной колонны. Тем самым достигается фиксация устройства, с герметизацией осевого канала труб обсадной колонны от пространства под устройством.
[4]К недостаткам конструкции устройства следует отнести следующее:
[5]- сложность конструкции в изготовлении, монтаже и эксплуатации;
[6]- существует неопределенность в последовательности срабатывания деталей устройства, а именно, взаимодействие конусного упора с эластичным кольцом с одновременным взаимодействием конуса с ответными коническими поверхностями опорных стержней и их контакта со стенкой трубы обсадной колонны. Однако согласно ГОСТ трубы обсадной колонны обладают эллипсностью и разностенностью, что не позволяет ввести в контакт со стенкой трубы эластичного кольца, с созданием равных контактных напряжений по всему внутреннему периметру трубы.
[7]То же самое происходит и при выходе подпружиненных стержней в контакт со стенкой трубы, т.е. имеет место ненадежное крепление устройства.
[8]Известны двухсекционные продавочные пробки типа СП, состоящие из двух частей (см. А.А. Гайворонский, А.А. Цыбин. Крепление скважин и разобщение пластов. - М.: Недра, 1981 г. Стр. 67-69).
[9]Нижняя пробка подвешивается на срезных штифтах в обсадной колонне, соединенной с бурильной колонной, верхняя пробка прокачивается по бурильным трубам.
[10]Верхняя пробка рассчитана на расположение в осевом канале бурильной колонны труб и состоит из корпуса с резиновыми манжетами на внешней стороне. Нижняя секция состоит из корпуса с резиновыми манжетами на внешней стороне, седло на внутренней поверхности корпуса в верхней части коническое.
[11]В процессе цементирования обсадной колонны, пробка цементировочная в сочетании с пробкой продавочной транспортируется по осевому каналу обсадной колонны с продавливанием цементного раствора в межтрубное пространство скважин.
[13]Верхняя секция продавочной пробки, в процессе перемещения по бурильной колонне труб, продавливает цементный раствор вниз, с прохождением его через осевой канал нижней секции пробки и подачей в межтрубное пространство скважины. Верхняя секция продавочной пробки доходит до места установки нижней секции и входит своим нижним концом в ее осевой канал, с изоляцией полости бурильной колонны труб.
[14]К недостаткам конструкции устройства можно отнести: - взаимодействие между верхней и нижней секциями продавочной пробки происходит при наличии избыточного давления скважинной жидкости над устройством. В случае остановки процесса цементирования, например в аварийной ситуации, пластовая жидкость, имеющая большую плотность, может рассоединить секции с образованием аварийной ситуации в виде попадания тампонажного раствора внутрь труб обсадной колонны и снижения уровня последнего в межтрубном пространстве.
[15]Известно устройство для установки цементного моста в скважине (см. пат. РФ №2435021, кл МКИ Е21В 33/14, опубл. 22.10.2014 г.), принятое за прототип.
[16]Устройство предназначено для подачи тампонажного раствора в заданный интервал скважины и создания цементного моста. Состоит из полого цилиндрического корпуса, нижней разделительной пробки с проходным каналом, оснащенной сверху посадочным седлом под верхнюю разделительную пробку с осевым каналом, соединенную срезными элементами с корпусом.
[17]Кожух снабжен боковыми промывочными каналами, выполнен из легко разбуриваемого материала и связан с корпусом. Длина кожуха принята больше длины интервала поглощения. На верхнем конце кожуха выполнена проточка с герметично установленной нижней разделительной пробкой. Снизу патрубок оснащен башмаком с клапаном и фиксатором под нижнюю разделительную пробку. Пробки изготовлены из легко разбуриваемого материала. Боковые каналы выполнены с возможностью их герметичного перекрытия нижней разделительной пробкой с фиксатором башмака.
[19]В зону поглощения на бурильной колонне труб спускают патрубок, с расположением боковых каналов напротив зоны поглощения. Нижняя разделительная пробка с проходным каналом размещается на нижнем конце патрубка. Далее, после спуска компановки в скважину, по бурильной колонне труб прокачивают тампонажный раствор с выходом через клапан в башмаке, в полость скважины. Затем в бурильную колонну труб вводят верхнюю разделительную пробку, с доведением ее закачиваемой жидкостью до посадки в седло на нижней разделительной пробке. При этом происходит рост давления над нижней разделительной пробкой и связанной с ней верхней разделительной пробкой, что приводит к разрушению срезных элементов и освобождению пробок от взаимодействия с корпусом.
[20]Далее, путем прокачивания рабочей жидкости, верхняя и нижняя пробки в сборе перемещаются по патрубку, с выдавливанием тампонажного раствора из его осевого канала, в зону поглощения. По достижению башмака нижняя разделительная пробка входит в осевой канал башмака и взаимодействует с фиксатором. При этом происходит перекрытие боковых каналов патрубка.
[21]Очередной подъем давления приводит к отрыву патрубка от корпуса. После этого корпус с частью патрубка на бурильных трубах поднимают из скважины. Затем освобождают осевой канал скважины от патрубка с верхней и нижней разделительной пробки путем разбуривания.
[22]К недостаткам конструкции следует отнести: - при подаче по бурильной колонне труб верхней разделительной пробки, с воздействием сверху на нее избыточным давлением рабочей жидкости, она доходит до седла в осевом канале нижней разделительной пробки и садится на него. При этом, как показано на фиг. 1 седло выполнено коническим, с соответствующим выполнением нижнего конца верхней разделительной пробки также коническим. Поскольку при ведении работ по цементированию скважин имеет место контакт тампонажного раствора с поверхностью седла, что приводит к эрозионному износу поверхности, с потерей герметичности соединения верхней и нижней разделительных пробок;
[23]- в случае прекращения подачи под давлением рабочей жидкости при наличии избыточного давления под нижней разделительной пробкой имеет место случай, когда верхняя разделительная пробка может выйти из контакта с седлом в нижней разделительной пробке, что может привести к подъему тампонажного раствора в осевом канале бурильной колонны труб и низкому качеству цементирования.
[24]Технический результат, который может быть получен при реализации предлагаемого изобретения:
[25]- повышения качества ведения тампонажных работ в стволе скважины с обеспечением герметичности зоны скважины под разделительными пробками от полости бурильной клоны труб и созданием цементной пробки высокого качества.
[26]Технический результат достигается тем, что устройство для цементирования скважин, включающее нижнюю разделительную пробку с сердечником, связанную срезными штифтами с бурильной трубой, седлом под верхнюю разделительную пробку. Нижняя разделительная пробка снабжена гайкой и ступенчатой втулкой, входящей в цилиндрическую расточку в теле сердечника и снабженной посадочным седлом и проточкой.
[27]Верхняя разделительная пробка выполнена в виде двух манжет с закладной и соединительной муфтами, связанными с соединительным стержнем. Причем соединительная муфта снабжена цангой с лепестками, установленная на нижнем конце соединительного стержня с возможностью взаимодействия лепестков цанги с проточкой ступенчатой втулки при размещении в проходном канале сердечника нижней разделительной пробки. Срезные штифты установлены на бурильной трубе и связаны со ступенчатой втулкой.
[28]Конструкция разделительной продавочной пробки поясняется чертежами, где:
[29]- на фиг. 1 - нижняя разделительная пробка в разрезе;
[30]- на фиг. 2 - верхняя разделительная пробка в разрезе;
[31]-на фиг. 3 - взаимное положение деталей - верхней и нижней разделительных пробок, образующих продавочную пробку.
[32]Нижняя разделительная пробка состоит из сердечника 1, на внешней стороне которого установлена резиновая манжета 2. В верхней части сердечника 1 выполнена ступенчатая втулка 4, зафиксированная гайкой 5.
[33]Внутри ступенчатой втулки 4 выполнен посадочный конус 6 и проточка 7. Верхний конец ступенчатой втулки 4 связан с бурильной трубкой 8, с присоединительной резьбой 9. Ступенчатая втулка 4 и бурильная труба 8 связаны друг с другом срезными штифтами 10.
[34]Верхняя разделительная пробка состоит из соединительного стержня 11, манжеты 12 и манжеты 13, которые снабжены соответственно закладной муфтой 14 и соединительной муфтой 15, снабженной цангой с лепестками 16.
[35]Закладная 14 и соединительная муфты 15 связаны с соединительным стержнем 11 резьбой. На верхнем конце соединительного стержня 11 установлена стопорная гайка 17. Соединительная муфта 15 снабжена уплотнительным кольцом 18.
[36]Принцип работы устройства.
[37]Нижняя разделительная пробка (см. фиг. 1) присоединительной резьбой 9 переводника 8 соединяется с первой трубой бурильной колонны и вводится в скважину.
[38]Верхняя разделительная пробка (см. фиг. 2) устанавливается в осевом канале бурильной трубы и после промывки скважины, с подачей тампонажного раствора, подается по осевому каналу бурильной колонны труб, с пропуском тампонажного раствора через осевой канал сердечника 1.
[39]Верхняя разделительная пробка доводится до места установки нижней разделительной пробки и своим нижним концом вводится в осевой канал сердечника 1, с вводом лепестков цанги 16 в проточку 7 и фиксацией в этом положении (см. фиг. 3).
[40]При повышении давления в осевом канале бурильной колонны труб происходит разрушение срезных штифтов 10, с совместным перемещением втулки 4, верхней и нижней разделительных пробок вниз, с подачей тампонажного раствора в межтрубное пространство скважины.
[41]При этом верхняя и нижняя разделительные пробки вместе образуют продавочную пробку, продолжают сохранять связь между собой, вплоть до остановки на кольце «стоп», установленным на нижнем конце трубы обсадной колонны.
