Цементировочная пробка

(72) В.А.Прасолов (71) Красноярский о и испытания скважин бирского научно-исс го института геолог и минерального сырь (53) 622,245.42(088 ия дел бур Восточн едовательскои, геопра и г ник по креп ниюМ.,о ССС ильман" овы скважин,10-1,11.детельствВ 33/16,сое св Е 21ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ РСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(54)(57) 1. ЦЕМЕНТИРОВОЧНАЯ ПРОБКА, включающая корпус с осевым каналом, помещенную на корпусе самоуплотняющуюся манжету и фильтр, о т л и ч, а ю щ а я с я тем, что, с целью упрощения конструкции манжета зафиксирована на корпусе на срезных элементах, а фильтр установлен на боковой. поверхности корпуса, выполненного с радиальными отверстиями в пределах фильтра и упорным диском в нижней его части, причем длина фильтра относится к длине неф трующей поверхности корпуса под жетой как 3:1.2. Пробка по и. 1, о т л и ч аю щ а я с я тем, что упорный диск выполнен из фильтрующего материала.044769 а 1Изобретение относится к креплению скважин и может быть использовано в качестве разделительной цементировочной пробки для разобщения тампонажного раствора и продавочной жидкости при цементировании обсадных колонн, в основном направлений и кондукторов.Известна цементировочная пробка, включающая корпус и жестко связанные с ним самоуплотняющиеся манжеты Г 13Однако для колонн диаметром 219 мм и более данные пробки материалоемки и на разбуривание их в скважине требуется 1,5-3 ч, Кроме того, для крепления скважины обсад ной колонной наряду с этими пробками необходимо применение упорного кольца и обратного клапана, в связи с чем общая материалоемкость обо-, рудования низа колонны высока.Наиболее близкой к предлагаемой является цементировочная пробка, включающая .корпус с осевым каналом, помещенную на корпусе самоуплотняющуюся манжету и. фильтр2 1,Известная пробка исключает необ" ходимость применения металлоемкого обратного клапана, так как являет"ся таковым сама вместе с обезвоженным цементным камнем в месте установки пробки. Однако при этом требует"ся выполнение фиксирующего узла, являющегося самым слабым элементом устройства. Кроме того, необходимо разбуриввние большого .количества металлоемких элементов. 45 50 55 Цель изобретения - упрощение устройства и снижение металлоемкости,технологической оснастки,подлежащей разбуриванию.Поставленная цель достигается.тем, что в цементировочной пробке,включающей корпус с осевым каналом,помещенную на корпусе самоуплотняющуюся манжету и фильтр, манжетазафиксирована на корпусе на срезных элементах , а фильтр установленна боковой поверхности корпуса, выполненного с радиальными Ьтверстиями в пределах. фильтра и упорнымдиском в нижней его части, причемдлина фильтра относится к длине нефильтрующей поверхности корпуса подманжетой. как 3,:1,При этом упорный диск выполнениз фильтрующего материала,На Фиг. 1 изображено устройство,общий вид; на фиг. 2 - то же, врабочем положении.Цементировочная пробка состоит5из корпуса 1 и самоуплотняющейся ман"жеты 2, зафиксированной на нем спомощью срезных элементов 3, Ниж"няя часта корпуса под манжетой выполнена с осевым каналом 4 и радиальны-.10 ми отверстиями 5. На боковой поверхности корпуса под ограничителем пе-.ремещения манжеты установлен фильтр6. Корпус в нижней части выполнен.с упорным диском 7, изготовленным15,из Фильтрующего материала, Пробкаможет быть выполнена с центрирующими элементами 8,Сопротивляемость цементного уплотнения давлению (в данном случае",обратному" ) после цементированияколонны определяется, исключительнопрочностью этого уплотнения. при сдвиге.Цементное уплотнение, сформированное на Фильтре даже при минимальном избыточном давлении (например 2 кг/см), непосредственно пос"ле Формирования представляет собойвлажный камень, лишенный способности к течению, Для сдвига слоевкамня относительно друг друга необходимо прикладывать давление. Экспериментально установлено, что критическое знаЧение сопротивляемости сдвигу цементного, уплотненияв контакте со стальной трубой непосредственно после Формирования уплотнения на Фильтое достигает 2,5 кг/смНа практике же без затруднений мож 40 2но создать избыточное, давление до60 кг/см , Результатом этого является многократное увеличение сопротивляемости цементного камня сдвигающим нагрузкам,Кроме того, экспериментально установлено, что отношение обезвоженной цементной массы к исходному объему тампонажного раствора необходимо выдерживать как 3:1. В связис этим отношение длин фильтра инефильтрующей части корпуса под манжетой принято 3: 1,Устройство работает следующим образом.В процессе крепления скважин низ обсадной колонны оборудуют башмаком; Цементировочная пробка перемещается по колонне вслед за тампонажным раствором. В конце цеменд) с 3ф 3 104 тирования достигается стыковка упорного диска 8 с. внутренним конусом башмака. Под действием перепада давления, возникающего при этом, на са- . моуплотняющейся манжете 2, элементы 3 срезаются и освобожденная манжета перемещается вниз по корпусу 1, оказывая давление на тампонажный раствор в обсадной колонне между башмаком и манжетой. Этот объем тампонажного раствора, испытывая избыточное давление относительно жидкости под башмаком, подвергается обезвоживанию на фильтре 7 и диске 8. При фильтрации обезвоженная цементная масса накапливается на фильтре, заполняя все кольцевое пространство вплоть до стенок обсадной колон ны. фильтрат, отделяемый от тампо-, нажного раствора, по осевому каналу 1 ( и через диск 8 ) поступает в пространство ниже упорного диска 8 под башмак,После среза элементов 3 манжета 2 перемещается на 1/1 длины корпуса и достигает крайнего нижнего положения, когда весь объем тампонажного раствора подвергается обезвоживанию на фильтрах. Наибольшее время фильтрации стандартного цементного раствора на основе тампонажного портландцемента ( что может Йть, например, в колонне диаметром ч 26 мм ) при наименьшем возможном избыточном давлении 2 кгс/см составляет 60 с. Это время принимается эа минимальное время выдержки колонны под давлением, достигнутным в конце цементирования. После снижения давления в цементировочной головке до нуля обезвоженный цементный камень подвергается осевой, нагрузке под давлением более тя 1769 , 4желого столба жидкости в затрубномпространстве скважины, С учетом экспериментальных данных ра счетным путем определяют, что целостность цементного камня в теле и в контактных, зонах сохраняется, если длинафильтровой части, равнозначнаявысоте цементного уплотнения, не ме-нее 05 м. В особых случаях, когда 10 длина обсадных колонн и высота цементного столба в затрубном пространстве намного больше принятыхзначений, а избыточное давление вбашмачной части колонны после цементирования превышает 10 кгс/смгдлина фильтра Р рассчитывается по,формуле 20где д р - ожидаемый перепад давления в башмачной части колонны после снижения давленияв цементировочной головке 25 до нуля, кгс/см- диаметр упорного диска,см;- сопротивляемость цементного уплотнения сдвигу, кгс/см,2Посредством, создания цементногоуплотнения в башмачной части колонны достигается упрощенный варианттехнологической оснастки, в котором функции упорного кольца несет насебе башмак, а функции обратного 35 клапана само цементное уплотнениеВнедрение предлагаемого изобрете-,ния позволит снизить металлоемкостькомплекса устройств . в четыре разаи более, затраты времени на разбу" 40 ривание - в три - двенадцать разв зависимости от диаметра колонн.Экономия средств в расчете на одну колонну составит не менее 500 руб.