Тампонажное устройство

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 2974 А 1 В 33/132 1)5 ИСАН ОРСКОМУ СВ ЕЛЬСТВ овательский гольных ме 11 гг 1 б 17 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(54) ТАМПОНАЖНОЕ УСТРОЙСТВО (57) Изобретение относится к бурению скважин. Цель - повышение надежности тампонирования скважин за счет исключения поршневого эффекта при снятии устройства с забоя, Устройство содержит корпус 7 с осевым каналом и сливными окнами 8. Под окнами установлен контейнер 1 с поршнем (П) 2, разделяющим внутренний объем контейнера 1 на надпоршневую полость 3 и рабочую 4 полость, заполненную тампонажным раствором (ТР). С нижней частью кон1602974 10 30 35 тейнера 1 соединена опорная труба (ОТ) 5. В нижней части контейнера 1 размещена пробка 18, Над контейнером 1 установлей пульсатор, содержащий верхний 9 и нижний 10 переходники и размещенные в канале корпуса 7 приемное сопла 11 и питающее сопло 13, Сопло 11 сообщается с полостью 3. Сопло 13 соединено с переходником 9 с возможностью вращения относительно сопла 11, Внутри корпуса 7 над окнами 8 закреплен плоский затвор 14 и установлен подпружиненный относительно корпуса 7 затвор 21 окон 8. Затвор 14 взаимодействует с соплом 13, Затвор 21 перекрываетокна 8 в конце рабочего хода П 2, связанного с ним гибкой связью 24. В верхней и нижней частях ОТ 5 установлены соответственно крышка 26 и днище 27 со сливным отверстием 28. В нижней части ОТ 5 установлен с Изобретение относится к бурению скважин, в частности к устройствам для их тампонирования.Целью изобретения является повышение надежности тампонирования скважин за счет исключения поршневого эффекта при снятии устройства с забоя.На фиг. 1 представлено тампонажное устройство, общий вид; на фиг. 2 - нижний затвор опорной трубы; на фиг, 3 - вариант компоновки нижнего затвора,Тампонажное устройство включает контейнер 1 с поршнем 2, разделяющим внутренний обьем контейнера на надпоршневую гидравлическую полость 3 и рабочую полость 4, заполненную тампонакным раствором, опорную трубу 5, соединенную с нижней частью контейнера 1 через перфорированный патрубок 6, установленный над . контейнером пульсэтор в корпусе 7 с осевым каналом и сливными окнами 8, Пульсатор содержит верхний 9 и нижний 10 переходники, размещенные в осевом канале корпуса 7 приемное сопло 11, установленное на нижнем переходнике 10 и сообщающееся с надпоршневой полостью 3 контейнера, ротор 12 по меньшей мере с одним питающим соплом 13, соединенный с верхним переходником 9 с возможностью вращения относительно приемного сопла 11. Сопла 11 и 13 выполнены.с равным зксцентриситетом относительно оси устройства, При необходимости создания на выходе пульсатора рабочих импульсов высокой частоты без наращивания числа оборотов буровой колонны, приводящей во вращение верхний переходник 9 пульсаторэ, в роторе 12 выполняется несколько питающих сопел возможностью перекрытия отверстия 28 при транспортировке устройства нижний затвор 29. Между крышкой 26 и днищем 27 ОТ 5 заполнена жидкостью, инертной к ТР, или самим ТР, или ускорителем схватывания ТР. На выходе сопла 13 формируется напорная струя, которая при совмещении сопл 13 и 11 создает рабочее импульсное давление, под воздействием которого П 2 совершает импульсное движение вниз и выдавливает пробку 18 и ТР, Повышение давления служит сигналом об окончании выдавливания ТР, При отрыве ОТ 5 от забоя под ней образуется полость разрежения. Затвор 29 перемещается вниз, открывая отверстия 28. Жидкость из полости ОТ 5 изливается, исключая поршневой эффект, 3 з,п, ф-лы, 3 ил. 13, расположенных на одной окружности нэ равном расстоянии друг от друга. Внутри корпуса 7 над его сливными окнами 8 устанавливается и закрепляется относительно указанного корпуса взаимодействующий с питающими соплами 13 плоский затвор 14 с окном 15 в зоне приемного сопла 11, Окно 15 выполняется на той же окружности, что и питающие сопла 13, а его длина делается равной длине дуги между соседними питающими соплами 13. К нижнему (как показано на фиг. 1) или верхнему (между нижним переходником 10 пульсаторэ и контейнером 1) концу контейнера 1 крепится пакер, выполненный, например, в виде набора упругих уплотнительных элементов 16 и разделительных колец 17, Выходное отверстие в нижнем конце контейнера 1 закрыто пробкой 18. Для разобщения вращающихся со 20 пел 13 и неподвижного сопла 11 междуверхним переходником 9 пульсатора и его корпусом. 7 установлен подшипник 19, пакер выполнен с возможностью исключения взаимного проворачивания его подвижных 25 и неподвижных частей (например, за счет применения в его конструкции шпоночного или шлицевого соединения), а на конце опорной трубы 5 установлена буровая коронка 20, препятствующая вращению опорной трубы относительно забоя скважины, Устройство снабжено сигнализатором окончания рабочего хода поршня 2, содержащим золотниковый затвор 21 сливных окон 8, размещенный в корпусе 7 над его сливными окнами 8 с возможностью их частичного или полного перекрытия в конце рабочего хода поршня 2. Золотник 21 фиксируется в кор. пусе в исходном положении пружиной 22 и45 50 55 соединен с поршнем 2 штоком 23 и гибкой связью 24, В торцовой части золотника 21 выполнены отверстия 25 для прохода промывочной жидкости.Опорная труба 5 снабжена крышкой (за.глушкой) 26 в верхней и днищем 27 в нижней части и заполнена жидкостью, инертной по отношению к тампонажному материалу, заполняющему рабочую полость 4 контейнера (например, водой, глинистым раствором и т,п.), или тампонажным раствором различного состава и рецептуры или ускорителем схватывания тампонажного раствора, заполняющего рабочую полость контейнера (например, жидким стеклом, хлористым кальцием и т,п.), В днище 27 выполнено сливное отверстие 28, а в нижней части опорной трубы установлен подпружиненный нижний затвор 29 с возможностью перекрытия сливного отверстия 28 днища 27 при транспортировке устройства к забою. Указанный затвор выполняет функцию обратного клапана и может иметь различное конструктивное исполнение, одно иэ которых показано на фиг, 2, В представленной конструкции плоский затвор 29 снабжен штоком 30 и поджат при помощи пружины 31 к днищу 27, в котором выполнены сливные отверстия 32. Пружина 31 опирается верхним торцом на опору 33, соединенную со штоком 30. Опора 33 одновременно служит направляющей верхнего конца штока 30 при его возвратно-поступательном движении, а в качестве направляющей нижнего конца указанного штока служит осевое отверстие в днище 27. В опоре ЗЗ выполнены отверстия 34 для прохода промывочной жидкости, а затвор 29 снабжен уплотнением 25, исключающим утечки жидкости через затвор при транспортировке устройства к зоне тампонирования. В случае, когда заливаемая в опорную трубу 5 жидкость (например, тампонажный раствор, ускоритель схватывания тампонажного раствора и т,п.) агрессивна по отношению к деталям затвора или же обладает высокой вязкостью, препятствующей нормальному перемещению пружины 31, ее опоры 33 и штока 30, конструкция затвора может быть видоизменена и выполнена в варианте, показанном на фиг. 3. В данном варйанте затвор размещен в патрубке 36 мемеду опорной трубой 5 и корпусом коронки 20, а пружина 31 с опорой 33 и шток 30 размещены в герметичном кожухе 37, закрытом сверху крышкой 38 с уплотнением 39, а снизу - днищем 40, в котором выполнены отверстия 41 для прохода жидкости к забою.Тампонажное устройство работает следующим образом. б 10 15 20 25 30 35 40 Рабочую полость 4 контейнера заправляют тампонажным раствором, а во внутреннюю полость опорной трубы 5 заливают жидкость (например, воду, глинистый или тампонажный раствор или ускоритель срока схватывания тампонажного раствора, заправленного в рабочую полость 4), после чего устройство опускают в скважину к зоне тампонирования, расположенной над естественным или искусственным забоем, По достижению забоя устройство нагружают осевым усилием, под действием которого упругие элементы 16 пакера перекрывают радиальный зазор между устройством и стенками скважины. После изоляции тампонируемого интервала пакером приводят во вращение буровую колонну, на которой подвешено устройство, и включают буровой насос, соединенный с указанной колонной, Ротор 12 с питающими соплами 13 получает вращение от верхнего переходника 9, соединенного с буровой колонной, а к питающим соплам 13 подводится промывочная жидкость, нагнетаемая буровым насосом по буровой колонне, В процессе вращения ротора 12 каждое иэ питающих сопел 13 периодически (при каждом обороте ротора) сообщается с окном 15 плоского затвора 14. На выходе сопла 13 формируется напорная струя, которая при совмещении сопел 13 и 11 формирует в последнем рабочий импульс давления, который заканчивается после расхождения указанных сопел. При совмещении с приемным соплом 11 следующего питающего сопла 13 в нем формируется очередной импульс давления, В результате на выходе приемного сопла 11 и соответственно в надпоршневой полости 3 контейнера формируется пульсирующее давление с частотой, равной частоте вращения ротора 12, умноженной на число питающих сопел 13, выполненных в указанном роторе. Рабочая жидкость, не попадающая в и риемное сопло 11, сливается через отверстия 25 в золотнике 21 и сливные окна 8 в затрубное пространство скважины,Под воздействием пульсирующего давления со стороны надпоршневой полости 3 поршень 2 совершает импульсное движение вниз. Пробка 18 выходит из сливного отверстия контейнера 1 и опускается ниже отверстий перфорированного патрубка 6, после чего тампонажный раствор вытесняется поршнем 2 из рабочей полости 4 в зону тампонирования через боковые отверстия патрубка 6. В результате воздействия пульсирующего давления со стороны поршня 2 тампонажный раствор проникает в трещины, поры и каверны, сообщающиеся со стенками ствола скважины.ется по столбу жидкости, заполняющей буровую колонну, к поверхностному сигнальному устройству, вырабатывающему информационный сигнал, оповещающий бурового мастера об окончании работы уст 20 25 30 35 40 нирования, особенно при борьбе с 50 В конце рабочего хода поршень 2 с помощью троса 24 перемещает золотник 21 вниз, что приводит к перекрытию указанным золотником сливных окон 8 корпуса 7; в результате чего возрастает давление во внутренней полости корпуса 7 и соответственно в соплах 13 и осевом канале верхнего переходника 9. Указанный рост давления служит информационным сигналом об окончании работы устройства, который передаройства, После получения указанного сигнала вращение колонны и подачу рабочей жидкости прекращают и производят подъем тампонажного устройства с забоя,Под действием упругих сил пружины 22 и уплотнительных элементов 1 б золотник 21 и детали пакера возвращаются в исходное положение,При отрыве опорной трубы 5 от забоя под ней образуется полость разрежения (вакуум),.в результате чего затвор 29 перемещается вниз, обеспечивая слив жидкости из опорной трубы 5 на забой, благодаря чему исключается поршневой эффект и соответственно его отрицательное влияние на качество тампонирования, как это имеет место в прототипе, При прохождении нижним концом устройства затампонированного интервала (от забоя до уровня, на котором находится верхний конец опорной трубы 5 при постановке устройства на забой) в процессе подъема устройства с забоя целесообразно сообщать устройству шаговое импульсное (толчками) движение вверх, в процессе которого в жидкости, заполняющей внутреннюю полость спорной.трубы 5, возникают силь инерции, способствующие сливу указанной жидкости из опорной трубы,В случае заливки в опорную трубу 5 тампонажного раствора обеспечивается возможность доставки взону тампонирования дополнительного объема тампонажного материала, что повышает надежность тампопоглощением промывочной жидкости, когда требуется доставка в зону тампонирования значительных объемов,тампонажных материалов. Заливка же в опорную трубу 5 ускорителя схватывания тампонажного раствора, заполняющего рабочую полость 4 контейнера, позволяет сократить. время, отводимое на ожидание окончания схватывания тампонажного раствора после тампонирования, что снижает простой сква 5 10 жины при ее тампонировании и соответственно повышает производительность буровых работ. В целях более эффективного смешения ускорителя схватывания, вытекающего из опорной трубы 5 в процессе отрыва ее от забоя, с тампонажным раствором, находящимся в скважине в зоне опорной трубы, целесообразно в процессе подъема последней в призабойном интервале сообщать устройству возвратно-поступательные движения с амплитудой, равной 0,5 - 3 диаметра опорной трубы, После подъема устройства над забоем на высоту, равную длине опорной трубы 5, его поднимают на поверхность в обычном порядке,Формула изобретения1. Тампонажное устройство, включающее корпус с осевым каналом и сливными окнами, размещенный под сливными окнами контейнер с пробкой в нижней части и поршнем, разделяющим его на надпор-. шневую полость и рабочую полость, заполненную тампонажным раствором, установленный над контейнером пульсатор, содержащий верхний и нижний переходники, размещенные внутри осевого канала корпуса приемное сопло, сообщающееся с надпоршневой полостью контейнера и питающие сопла, соединенные с верхним переходником с возможностью вращения относительно приемного сопла, установленный с возможностью взаимодействия с питающими соплами и закрепленный в корпусе над сливными окнами плоский затвор, подпружиненный относительно корпуса затвор сливных окон, связанный гибкой связью с поршнем и установленный с возможностью перекрытия сливных окон в конце рабочего хода последнего, и связанную с нижней частью контейнера опорную трубу, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности тампонирования скважин за счет исключения поршневого эффекта при снятии устройства с забоя, оно снабжено крышкой и днищем со сливным отверстием, установленными, в верхней и нижней частях опорной трубы соответственно, и нижним затвором, при этом опорная труба заполнена жидкостью, а нижний затвор подпружинен относительно опорной трубы и установлен с возможносью перекрытия сливного отверстия днища при транспортировке устройства,2, Устройство по и. 1, о тл ич а ю ще ес я тем, что жидкость, заполняющая опорную трубу, инертна по отношению к тампонажному раствору,10 1602974 а Составитель А. КондратенковРедактор О, Спесивых Техред М.Моргентэл Корректор Э. Лончаков каз 33 бб Тираж 471 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 изводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 3, Устройство по и. 1, о тл и ч а ю ще ес я тем, что в качестве жидкости, заполняющей опорную трубу, используется тампонажный раствор. 4. Устройство по и, 1, о тл и ч а ю ще ес я тек;, что в качестве жидкости, заполняющей опорную трубу, используется ускоритель схватывания тампоиажного раствора.