Устройство для контролируемой установки цементных мостов

А СОЮЗ СОВЕТСНИХасцмлиптавмиРЕСПУБЛИК 09) (11) 4(51) Е 21 В 33/16 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(71) Ордена Трудового Красного Знамени азербайджанский государственныйнаучно-исследовательский и проектныйинститут нефтяной промышленности(56) 1, Авторское свидетельство СССРВ 185801, кл. Е 21 В 33/14, 1964,2, Авторское свидетельство СССРВ 628290, кл, Е 21 В 33/14, 1978,3. Авторское свидетельство СССР(прототип),(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛИРУЕМОЙ УСТАНОВКИ ЦЕМЕНТНЫХ МОСТОВ, содержащее корпус с верхними и нижними кольцевыми выступами, цементировочную пробку с манжетами и упругийпосадочный элемент, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения надежности работы устройствав условиях высоких температур и боль.шнх гидростатических давлений, расширения области его применения иупрощения конструкции, верхний инижний кольцевые выступы выполнены нарасстоянии друг от друга, не меньшемвысоты цементировочной пробки, аупругий посадочный элемент выполненв виде кольца,. установленного междуманжетами цементировочной пробки с .,возможностью его посадки на верхнийкольцевой выступ и последующей продавки через него цементировочнойпробки.Изобретение относится к техникебурения нефтяных и газовых скважин .и предназначено для установки цементных мостов в обсадной колоннеи открытом стволе скважины, закачивания тампонирующих паст при борьбес поглощениями бурового раствора,заполнения каверн в стволе скважины.Известно устройство для контролируемой установки цементных мостов 10в скважинах, состоящее из корпуса,запорного элемента, подвижного седла, закрепленного в корпусе спомощью срезных штифтов 1 .Недостатком устройства является 15возможность только разового использования его в скважине. Кроме того,запорный элемент остается внутриустройства и промывка в дальнейшемосуществляется через кольцевое 20пространство или боковые отверстияв корпусе.Известно устройство для контролируемой установки цементных мостов, содержащее корпус, продавочнуюпробку, упругий запорный элемент иметаллический подвижный стакан, закрепленный в корпусе с помощью срезиьи штифтов 2.Недостатком устройства являетсятакже возможность только однократного его использования. Вновь работоспособным устройство становится лишьпосле извлечения его из скважины,закрпеления подвижной части устройства новыми штрифтами и заполнения коль-:цевой полости амортизационной жидкостью,Наиболее близким к изобретениюявляется устройство для контролируемой установки цементных мостов, содержащее корпус с верхними и нижнимикольцевыми выступами, цементировочную пробку с манжетами и упругийпосадочный элемент Я .Недостатками устройства являются низкая надежность работы в условиях высоких температур, ограниченность его применения из-за габаритных раз- . меров, так как оно. не пригодно для 50 контролируемой установки цементных мостов в эксплуатационных колоннах и в скважинах диаметром менее 190 мм, а также сложность его конструкции,Низкая надежность работы устройства в условиях высоких температур объясняется тем, что упругий запорный элемент, изготовленный из резины,установлен в корпусе устройства и согласно технологии установки цементных мостов перед началом работы длительное время находится при высокой забойной температуре, особенно в сверхглубоких скважинах, где темопературы превышают 120, что приводит к температурной деструкции резины и деформации упругого запорного элемента.Низка надежность информации о втором сигнале 11 Стоп" ввиду получения об этом только одного признака - повышения давления на устье скважины. Величина этого давления должна быть меньше давления, получаемого при первом сигнале "Стоп, иначе может произойти преждевременное выталкивание пробки на забой скважины, Однако при таком ограничении давления не исключена возможность получения ложного сигнала "Стоп" в момент посадки пробки на кольцевые выступы корпуса. В результате пробка не фиксируется в корпусе устройства и не препятствует обратному поступлению цементного раствора из затрубного пространства в трубы.Кроме того, сложна конструкция устройства из-за наличия подвижных элементов и сложной конструкции упругого запорного элемента, что обуславливает низкую надежность срабатывания устройства при выталкивании продавочной пробки из корпуса устройства, а также невозможность его применения для установки цементных мостов в эксплуатационных колоннах.Цель изобретения - повышение надежности работы устройства в условиях высоких температур и больших гидро- статических давлений, расширения области его применения и упрощения конструкции.Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для контролируемой установки цементных мостов, содержащем корпус с верхними и нижними кольцевыми выступами, цементировочную пробку с манжетами и упругий посадочный элемент, верхний и нижний кольцевые выступы выполнены на расстоянии друг от друга не меньшем высоты цементировочной пробки, а упругий посадочныйэлемент выполнен в виде кольца, установленного между манжетами цементировочной пробки с возможностью его посадки на верхний .3 113338 кольцевой выступ и последующей про давки через него цементировочной пробки,Размещение одного из кольцевых выступов на нижнем конце корпуса позволяет исключить возможность преж. девременного выталкивания пробки на забой скважины в момент резкого повышения давления в трубах при посадке пробки на упругий запорный эле. 10 мент, так как даже при непроизвольном проталкивании пробки через отверстие верхнего кольцевого выступа она садится и удерживается на нижнем кольцевом выступе. Кроме того, при этом получают дополнительную информацию об окончании продавки в виде падения давления вследствие проталкивания пробки в среднюю расширенную часть корпуса, 20Размещение упругого запорного элемента на продавочной пробке позволяет сократить время его нахождения при высокой температуре, чем предотвращается деструкция и деформация этого элемента, сохраняется его работоспособность. Выполнение упругого запорного эле-. мента в виде кольца, установка его с зазором на поверхности продавоч 30 ной пробки между ее манжетами и взаимодействие упругого запорного элемента с верхним кольцевым выступом позволяют упростить механизм срабатывания и конструкцию устройства вследствие унрочнения конфигурации упругого запорного элемента и исключения подвижных элементов,При неизменных размерах манжет . 40 (резиновых) цементировочной пробки возможно использование колец (например, резиновых) с толщиной в диапазоне от наружного диаметра наиболее узкой части пробки до внутреннего 45 диаметра колонны труб, что намного больше толщины манжет. Следовательно, при одних и тех же гидродинамических и гидростатических давлениях относительная деформация резинового коль ца по его толщине и изменение соотношения диаметров кольца и выступа много меньше относительной деформации по толщине резиновых манжет и упомянутого соотношения, а это обес печивает мягкую центрируемую посадку пробки с кольцом на верхний кольцевой выступ, надежное перекрытие верх 2 4него конца устройства и получение первого стоп-сигнала.Выполнением упругого посадочного элемента в виде кольца и размещением его на наружной поверхности цементировочной пробки между ее манжетами достигается также возможность изготовления кольца из материала с иными физико-механическими свойствами, чем манжетная резина, а это обеспечивает возможность усиления описанного механизма достижения положительного эффекта.Так, кольцо можно изготовить из резины (или иного эластичного материала) с меньшей податливостью, чем манжетная резина, что недопустимо при изготовлении манжет, так как повышает опасность заклинивания пробки в трубах и верхнем конце устройства, особенно при малом его диаметре. Кроме того, появляется также возможность наблюдения этого сигнала в течение некоторого времени после посадки за счет повышенного трения между резиновой манжетой пробки и резиновым кольцом (трение в паре резина - резина), а также между резиновым кольцом, кольцевым выступом и внутренней стенкой устройства и затрат энергии на скручивание резинового кольца, в процессе последующего повышения давления и прадавливания цементировочной пробки через верхний конец устройства.На фиг.1 показана цементировочная пробка, общий вид, на фиг.2 - устройство в момент посадки на верхний кольцевой выступ.Устройство состоит из корпуса 1 с верхним 2 и нижним 3 кольцевыми выступами и цементировочной пробки, состоящей из сердечника 4, Верхней 5 и нижней 6 манжет, между которыми на цилиндрической поверхности установлен упругий посадочный элемент, выполненный в виде кольца 7, Это кольцо выполнено с возможностью его посадки на верхний кольцевой выступ и последующей продавки через него цементировочной пробки. При этом нижний кольцевой выступ выполнен на расстоянии от верхнего кольцевого выступа, не меньшем высоты цементировочной пробки. Устройство работает следующим образом.После выхода цементировочной проб- ки в корпус 1 ее нижняя манжета 6 проходит через верхний кольцевой выступ 2. При этом представляется возможность при рабочем давлении регу лировать скорость продвижения пробки в корпусе за счет выбора такого соотношения диаметров нижней манжеты и проходного сечения .верхнего кольцевого выступа, когда исключена воз- О можность резкого возрастания давления в колонне и получения ложного сигнала "Стоп". Продвижение пробки внутрь, корпуса прекращается носле того, как упругий посадочный элемент 15 7, размещенный на цилиндрической поверхности цементировочной пробки,. садится на верхний кольцевой выступ 2, а верхняя манжета 5 цементировочной пробки садится на упругий эле мент 7. Это происходит в результате выбора такого соотношения диаметров верхней манжеты 5 пробки и упругого посадочного элемента 7, когда величины рабочего давления недостаточны 25 ,для прохождения пробки через посадочный элемент, После прекращения движения цементировочной пробки в корпусе давление в колонне резко повыша-.ется и получается сигнал "Стоп". 3 О После создания избыточного давления в колонне упругий посадочный элемент 7 раздается, пропускает через себя верхнюю манжету и остается на верх- нем кольцевом выступе, а цементирозочная пробка попадает в расширенную полость корпуса, размещенную между верхним 2 и нижним 3 кольцевыми выступами, и давление в колонне падает, что ляется достоверным сина о 40 Фиксации цементировочной пробки, в корпусе устройства. После этого останавливают работу цементировочных агрегатов и поднимают заливочную колонну на верхнюю отметку моста, при этомнижний кольцевой выступ препятствует выпадению пробки в скважину, а верхний кольцевой выступ удержива.ет пробку от всплывания, за счет чего исключается обратное поступление цементного раствора в колонну, Вновь создав избыточное давление в колонне, продавливают вторую пробку в скважину и вымывают излишки тампонажного раствора.Таким образом, предлагаемое устройство обладает повышенной надежностью работы и широкой областью применения за счет упрощения конструкции, чем достигается повышение успешности установки цементных мостов в скважинах.Применение изобретения дает значительный экономический эффект.Экономический эффект от применения предлагаемого устройства обеспечивается тем, что исключается повторное забойное цементирование из-эа получения некачественного цементного моста в глубоких высокотемпературных скважинах, а также из-за удешевления стоимости самого устройства, отличающегося простотой конструкции.Экономический эффект от проведения одной скважино-операции по уста" новке моста составит около 3000 руб.Таким образом, предлагаемое устройство для контролируемой установки цементных мостов обладает новизной технического решения, отличается повышенной надежностью работы, простотой конструкции, широкой областью применения и обеспечивает получение значительного экономического эффекта,.Г з 9934/29 ое ИПИ комите л ППП "Патент", г. Ужгород, ул. П 4 по дела3035, Моск 540стве зобретен Ж, Р и откршская н По СССР