Тампонажное устройство

(я)5 Е 21 В 33/132 ИЗОБРЕТЕН ПИСА ВИДЕТЕЛЬСТ К АВТОРСК(56) Авторское свидетельство СССР1 ч. 4696189/03, кл. Е 21 В 33/14, 1989,Авторское свидетельство СССРМ 4819326/03, кл, Е 21 В 33/132, 1990 ий ме 1 д Рб Д 14 1 Р В ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНВЕДОМСТВО СССР(54) ТАМПОНАЖНОЕ УСТРОЙСТВО (57) Сущность изобретения: устройство содержит контейнер 1 с поршнем 3, разделяющим его на надпоршневую полость 4 и рабочую полость 5 с тампонажной смесью, пакер с упругими уплотнительными элементами 24, сигнализатор окончания рабочего хода поршня 3 и струйный пульсатор, содержащий корпус 8 со сливными окнами 9 и сопловой полостью 23, верхний переходник 10 с подводящим каналом 11, нижний пере1808994 Изобретение относится к бурению сква- сливными отверстиями 7 на верхнем конце, жин, в частности к устройствам для их там- соединенном с нижним концом контейнера понирования, 1, и установленный над контейнером струйЦель изобретения - повышение надеж- ный пульсэтор, содержащий корпус 8 с осености работы устройства и упрощения его 5 вым каналомисливнымиокнами 9, верхний эксплуатации за счет обеспечения возмож- переходник 10 с подводящим каналом 11, ности получения устойчивого сигнала об установленный с возможностью вращения окончании рабочего хода поршня, исключе- относительно оси корпуса 8, нижний перения обрывов гибкой связи и снижения тре- ходник 12, соединяющий корпус 8 с контейбований к точности установки ее длины. 10 нером 1, питающее 13 и приемное 14 сопла,На фиг. 1 схематично изображено пред- размещенные в осевом канале корпуса 8 лагаемое тампонажное устройство, общий эксцентрично относительно его оси и соосвид; на фиг. 2 - график изменения величины нодругсдругом и гидравлически связанные сжатия возвратной пружины затвора уст- соответственно с каналом 11 и полостью 4, ройства по прототипу в зависимости от хода 15 и дефлектор 15, выполненный в виде диска поршня и времени; на фиг, 3 - график изме- с отверстиями 16, размещенного в корпусе рения величины сжатия пружин сигнализа между питающим 13 и приемными 14 сотора в предлагаемом устройстве в плами. Питающеесопло 13 имеетобойму 17, зависимости от хода поршня и времени.закрепленную центральным стержнем 18Тампонажное устройство включает 20 относительно нижнего переходника 12, а трубчатый контейнер 1 с пробкой 2 на ниж- приемное сопло 14 установлено в указаннем конце и поршнем 3, разделяющим внут- ном переходнике, Дефлектор 15 выполнен с ренний объем контейнера на осевым отверстием, через которое проходит надпоршневую 4 и рабочую 5 полости, по- стержень 18, и соединен патрубком 1 с следняя из которых заполнена.тампонаж верхним переходником 10 с возможностью ным раствором, опорную трубу 6 со их совместного вращения. Обойма 17,азходник 12, питающее сопло 13 с обоймой 17, приемное сопло.14, дефлектор 15 с отверстиями 16, соединенный с верхним переходником 10 с возможностью их совместного вращения, и затвор 29 с возвратной пружиной связанный с поршнем 3 штоком 30 и гибкой связью 31, наматываемой на катушку 32, В поршне 3 выполнена осевая полость 44, внутри которой размещена пружина 45 с нижней подвижной опорой 47, соединенной штоком 48 с нижним концом гибкой связью 31, при этом усилие предварительного сжатия пружины 45, превышает по величине усилие предварительного сжатия возвратной пружины затвора. Длина колонковой трубы для контейнера 1 выбирается с учетом требуемого для тампонирования объема смеси, после чего устанавливают длину гибкой связи 31 с таким расчетом, чтобы при вытянутом вдоль оси устройства положении гибкой связи 31 (без сжатия пружины затвора 29 и пружины 45) расстояние от нижнего торца поршня 3 до упора,в который поршень упирается в конце своего рабочего хода, составляло не менее величины рабочего сжатия возвратной пружины затвора 29 и не более величины суммарного рабочего сжатия пружины затвора 29 и пружины 45, После установки длины гибкой связи 31 ее наматывают на катушку 32. После заправки контейнера опускают устройство в скважину к зоне тампонирования, опирают его на забойс перекрытием ствола скважины уплотнительными элементами 24, включают вращение и буровой насос. При вращении дефлекторэ 15 струя жидкости, формируемая соплом 13, периодически и роходит через отверстия 16 дефлектора и попадает в сопло 14, формируя в нем и надпоршневой полости 4 импульсное давление, воздействующее через поршень 3 на тампонэжную смесь, которая после опускания пробки 2 вниз выходит через сливные отверстия 7 в скважину. В процессе перемещения поршня 3 гибкая связь 31 разматывается с катушки 32, На конечном отрезке рабочего хода поршня 3 гибкая связь 31 полностью разматывается с катушки 32 и натягивается поршнем 3,. после чего при дальнейшем движении поршня 3 последовательно сжимаются вначале пружина затвора 29 с открытием последнего и падением давления в подводящем канале 11, а затем пружина 45. Поршень 3 садится на упор в момент, когда величина сжатия пружины 45 не превышает максимального значения. После падения давления в канале 11 и буровой колонне выключают вращение и буровой насос и поднимают устройство на поверхность, 3 ил.мещена в патрубке 19 и снабжена в верхнейчасти патрубком 20 и уплотнением 21, поджатым пружиной 22, а отверстия 16 в дефлекторе 15 расположены эксцентричноотносительно его оси с эксцентриситетом, 5равным эксцентриситету сопел 13 и 14.Между нижним торцом обоймы 17 и верхним торцом переходника 12 имеется сопловэя полость 23, сообщающаяся с затрубнымпространством через. сливные окна 9. Устройство может быть снабжено пакером, выполненным, например, в виде набораупругих уплотнительных элементов 24 иразделительных колец 25. Для разобщениявращающихся и неподвижных деталей между верхним переходником 10 и корпусом 8установлен подшипник 26, пакер выполненс возможностью исключения взаимного .проворачивания его подвижных частей (например, за счет применения в его конструкции шпоночного или шлицевого соединениядеталей), а на конце опорной трубы 6 установлена буровая коронка 27, препятствующая вращению трубы относительно забояскважины. 25Устройство снабжено сигнализаторомокончания рабочего хода поршня 3, содержащим выполненный в обойме 17 перепускной канал 28, вход которого сообщается с .подводящим каналом 11, а выход - с затрубным пространством, и установленный навходе канала 28 подпружиненный гидравлический затвор 29, соединенный штоком30-и гибкой связью 31 (например, тросом) срабочим поршнем 3. Для удобства укладки 35гибкой связи 31 в надпоршневой полости 4и исключения ее запутывания связь 31 может быть снабжена катушкой 32 с осевымканалом для прохода промывочной жидкости и самой гибкой связи. Катушка 32 размещена в надпоршневой полости 4 сооснос контейнером и прикреплена к нижнемупереходнику 12 пульсатора,Для обеспечения возможности регулирования длины гибкой связи 31 при изменении длины контейнера 1 устройствоснабжено блоком 33 с внешней канавкой,ось которого входит в вилку 34, соединенную с поршнем 3. С целью обеспечения оперативного соединения и разъединения 50гибкой связи 31 с поршнем 3 блок 33 выполнен быстросьемным, для чего в вилке 34 скаждой ее стороны выполнен Г-образныйпаз под ось блока 33, а последняя крепитсяк вилке 34 при помощи гайки - барашка 35. 55Нижний конец гибкой связи 31, соединенный с поршнем 3, выполнен в виде петли 36,уложенной нижнейчастью в канавку блока33, исключающего возможность появленияостаточныхдеформаций гибкой связи в месте ее соединения с поршнем 3. Верхняя часть петли 36 снабжена фиксатором 37, установленным вблизи блока 33 и выполненным в виде разъемного соединения, например, в виде зажима из пластины с прорезью для закрепления в последней сдвоенной гибкой связи 31, образующей верхнюю часть петли 36, С целью исключения запутывания свободного конца гибкой связи 31, выходящего иэ фиксатора 37, гибкая связь снабжена направляющим фиксатором 38, удерживающим указанный свободный конец на основном звене гибкой связи 31, соединяющем шток 30 с блоком 33, Фиксатор 38 может быть выполнен, например, в виде кольца или короткой трубки из металла, пластмассы или резины и может быть скреплен (например. с помощью пайки, склеивания и т.п.) со свободным концом гибкой связи 31. При этом свободный конец гибкой связи 31 и ее основное звено продеты через фиксатор 38, который установлен с возможностью перемещения вдоль основного звена гибкой связи 31. С целью исключения скручивания гибкой связи 31 при ее наматывании на катушку 32 с вращением последней, а также при разматывании гибкой связи с катушки в процессе работы устройства, шток 30 и поршень 3 снабжены вертлюгэми 39 и 40, первый из которых соединен крючком 41 с верхним концом гибкой связи 31, а второй - осью 42 с вилкой 34 блока 33. Для обеспечения возможности выемки поршня 3 из контейнера после подъема устройства из скважины нижний конец контейнера 1 снабжен сьемным патрубком 43, При этом длина гибкой связи 31 в ее натянутом положении и длина сьемного патрубка 43 выбраны с обеспечением возмож- ности опускания блока 33 ниже нижнего торца контейнера 1 в конце рабочего хода поршня 3,Для обеспечения возможности получения устойчивого сигнала об окончании рабочего хода поршня 3 за счет увеличения времени нахождения затвора 30 в открытом положении до момента окончания рабочего хода поршня, а также для упрощения эксплуатации устройства за счет снижения требований к точности установки длины гибкой связи 31, в поршне 3 выполнена осевая полость 44 со стороны надпоршневой,полости 4, нижний конец гибкой связи 31 подпружинен относительно поршня 3 с помощью пружины 45, размещенной в полости 44 поршня 3, а верхний торец последнего. обращенный к надпоршневой полости 4, выполнен с буртиком 46 для опоры верхнего торца пружины 45, нижний торец которого снабжен опорой 47, соединенной штоком 48 с ниж10 20 25 30 35 40 50 55 ним концом гибкой связи 31, При этомусилие предварительного сжатия пружины 45превышает по величине усилие предварительного сжатия возвратной пружины 31затвора 30, При необходимости увеличениядлины рабочего хода пружины 45 без увеличения высоты поршня 3 к его верхнему тор-. цу присоединяется втулка 49, внутренняяполость которой служит продолжением осевой .полости 44 поршня. Для исключениявозможности обрыва гибкой связи 31 длинапоследней установлена с возможностью неполного сжатия пружины 45 в конце рабоче.го хода поршня 3,Тампонажное устройство работает следующим. образом,Перед заправкой устройства тампонажным материалом выбирают по длине колонковую трубу для контейнера 1 с учетомтребуемого для тампонирования объемасмеси. Затем в соответствии с длиной выбранной колонковой трубы устанавливаютдлину гибкой связи 31 с таким расчетом,чтобы при вытянутомвдоль оси устройстваположении гибкой. связи (без сжатия пружины затвора 29 и пружины 45) расстояние отнижнего торца поршня 3 до упора, в который: поршень упирается в конце своего рабочего хода, составляло величину Ь,определяемую выражениемЬЯ 1иМ 1+ ЯР 2 (1)где. М 1 - величина хода поршня 3 от началадо окончания рабочего сжатия возвратнойпружины затвора 29 и соответственно отначала до окончания открытия затвора 29;. ЯР 2 - регулируемый длиной гибкой связи 31 запас хода поршня 3, отсчйтываемый .от момента полного открытия затвора 29 додостижения поршнем 3 предельного рабочего хода, после которого дальнейшее движение поршня может вызвать обрыв гибкойсвязи 31.Входящая в выражение(1) величина хода А 31 равна-й 1 = Я - Яо (2)где Яс и Я - соответственно величина хода1поршня 3 в начале и конце рабочего сжатияпружины затвора 29 и соответственно в начале и конце открытия указанного затвора.Величина регулируемого запаса ходапоршня с момента полного открытия затвора 29 и до упора поршня в конце его рабочего хода определяется выражениемЯр 2 = Яквах Як (3)По окончании регулировки длины гибкой связи 31 зажимают фиксатором 37 сдвоенную часть петли 36 вблизи блока 33, послечего наматывают гибкую связь 31 на катушку 32, Затем заправляют рабочую полость 5 контейнера 1 тампонажным раствором, соединяют пульсатор с контейнером 1, в верхней части которого устанавливают поршень 3, опускают устройство в скважину к зоне тампонирования, расположенной над естественным или искусственным забоем, и по достижении забоя загружают осевым усилием с опорой трубы 6 на забой. Под действием указанного усилия упругие злементы 24 пакера сжимаются и перекрывают ствол скважины над тампонируемым интервалом, после чего приводят во вращение буровую колонку, на которой подвешено устройство, и включают буровой насос, соединенный с буровой колонной, При атом дефлектор 15 приводится во вращение от верхнего переходника 10, соединенного с буровой колонной, а промывочная жидкость поступает по буровой колонне к подводящему каналу 11 и из него к питающему соплу 13, на выходе которого формируется напорная струя, В процессе вращения дефлектора 15 ось каждого из его отверстий 16 периодически (при каждом обороте дефлектора) сходится и расходится с общей осью сопел 13 и 14, При схождении оси отверстия 16 с осью сопел 13 и 14, напорная струя, формируемая соплом 13, попадает в .торцевое отверстие приемного сопла 14, вызывая в нем импуль-. сное повышение давления, а при расхождении оси отверстия 16 и оси сопел 13 и 14 дефлектор 15 перерезает напорную струю,перекрывая ее доступ к приемному, соплу 14, и вызывая тем самым импульсное падение давления в сопле 14. При схождении с осью сопел 13 и 14 оси следующего отверстия 16 дефлектора 15 в приемном сопле 14 формируется очередной импульс давления. В результате на выходе приемного сопла 14 формируется пульсирующее давление, частата которого равна частоте вращения дефлектора 15, умноженной на число отверстий 16 в нем. Вырабатываемое пульсатором пульсирующее давление передается в надпоршневую полость 4 контейнера и через поршень 3 воздействует на тампонажный раствор, находящийся в рабочей полости 5. Под воздействием пульсирующего давления со стороны тампонажного раствора пробка 2 выбирается из нижнего отверстия контейнера 1, после чего поршень 3, на который действует пульсирующее давление со стороны надпоршневой полости 4, вытесняет тампонажный раствор из рабочей полости 5 контейнера через сливные отверстия 7 в тампонируемую зону скважины, Промывочная жидкость, не попадающая в приемное сопло 14 в периоды, когда напорная струя перерезается дефлектором 15,сливается из сопловой полости 23 в затрубное пространство скважины через сливные По достижении волны понижения дав-отверстия 9, ления поверхностного сигнального устройВ процессе перемещения поршня 3 ства вращение колонны и подачу рабочейвниз он разматывает гибкую связь 31 с ка- жидкости прекращают, а тампонажное усттушки 32, При этом скручивание гибкой свя ройство поднимают на поверхность. Призи в процессе ее разматывания исключается этом затвор 29, пружина 45 и детали пакера.за счет свободного проворачивания нижне- возвращаются в исходное положение подго конца укаэанной связи вместе с блоком действием упругих сил, После подъема уст 33 на вертлюге 40 относительно поршня 3, ройства из скважины отсоединяют от конВ момент времени (фиг. 3), когда рабочий 10 тейнера 1 съемный патрубок 43, ослабляютход поршня Я = Яо, гибкая связь 31 полно- гайку - барашек 35, снимают блок ЗЗ с вилкистью разматывается с катушки 32 и натяги, вынимают поршень 3 из патрубка 43,вается поршнем 3, после чего при снимают пульсатор с контейнера 1 и наводальнейшемдвижении.поршня происходит рачивают гибкую связь 31 на катушку 32, 8сжатие возвратной пружины затвора 29, пе случае изменения длины контейнера 1 перемещаемого гибкой связью через шток 30, ред новым рейсом устройства в скважинуи соответственно, открытие указанного за- вновь регулируют длину гибкой связи 31,твора. С началом открытия эатвбра 29 про- приводя ее в соответствие с новой длиноймывочная жидкость начинает сливаться из контейнера с соблюдением условия, опреподводящего канала 11 через перепускной 20 деляемого выражением (1).канал 28, отверстия 16 в дефлекторе 15, Введение в конструкцию устройствасопловую полость 23 и сливные отверстия 9 пружины, встраиваемой в поршень и подв затрубное пространство, В результате пружинивающей нижний конец гибкой свядавление в подводящем канале 11 и буро- зи относительно поршня, позволяет ввой колонне начинает снижаться, что слу несколько раз (см, фиг, 2; 3) увеличить регужит информационным сигналом об лируемый запас рабочего хода Яр поршня,окончании работы устройства, В процессе отсчитываемый от момента полного открыперемещения по буровой колонне указан- тия затвора сигнализатора до достиженияного информационного сигнала в виде вол- поршнем предельного рабочего хода Япах,ны понижения давления поршень 3 30 послекоторого дальнейшее движение порпродолжаетсвой рабочий ход. Придостиже- шня может вызвать обрыв гибкой связи 31,нии величины его рабочего хода значения Поскольку поршень может быть иметь доЯ в момент времени т сжатие пружины статочно большую высоту(обычно ее выбизатвора 29 достигает рабочего значения Ь 1, рают в пределах 1 - 2 диаметровсоответствующего. полному открытию эа контейнера), величина Яр 2 (фиг. 3) для предтвора 29. При дальнейшем движении порш- лагаемого устройства получается на практиня 3 в момент, когда величина его рабочего ке в 10-30 раз больше величины Яр 1(фиг, 2),ходадостигаетзначениеЯ 1,асжатиепружи- присущей устройству по прототипу, При-,ны затвора 29 достигает максимальногозначения п 1, начинает сжиматься и жина 4д с и ает максимального мерно такого же порядка достигает в предае сжиматься пружина 40 лагаемом устройстве увеличение времени45. При достижении конечного значения ра- Т 2 действия сигнализатора (нахождения забочего хода поршня Я = Я" последний садится на упо и прек ащает своетвора 29 в открытом положении) в сравнеУ Р Рекращает свое нии с временем Т 1 действия сигнализаторав устройстве по прототипу, Значительноедальнейшее движение. При этом сжатиепружины 45 достигает рабочего значения 112, 45 увеличение в предлагаемом устройстве веменьшего или, в крайнем случае, равного по личины параме-ра Я б бличины параметра р исключает обрыв гибвеличине значению максимального сжатия кой связи и снижает требования к точностижением 1 поршень 3 садится на по сУ РУсоо ветствии с выра установки ее длины, что упрощает эксплуауказанной пружины. В соответствии с вы а( ) Рсадитсй на УпоР тацию устройства, а увеличение времени Тдействия сигнализатора обеспечивает возсоблюдением условия, что конечное значе действия сигнализатоние рабние абочего хода поршня Я"Явах",т.е,д Р Я"Япах",т е можность получения устойчивого и легкораспознаваемого сигнала аб окончании раЯ" не превышает по величине предельное распознаваемого сигнала аб о нчазначение Ящах , при превышении которого боты устройства. При этом большая величина регулируемого запаса хода поршня Яр ипружина 45 полностью сжимается и даль- на регулируемого запаса овремени действия сигнализатора позволянейшее движение поРшнЯ может пРивести 55 врнТ еиствия сигнализак обрыву гибкой связи 31 в результате пере- ет получать сигнал и выключа ь ус оет получать сигнал и выключать устройстводачи на нее полной амплитуды импульсного (вращение и подачу промывочной жидкости)усилия, создаваемого на поршне импульс- домоментапосадкипоршнянаупор,В своюным давлением, фо ми емым и и льсатод е ие, формируемым и пульсато- очередь исключение возможности обрываром в полости 4.1808994 25 гибкой связи и получение четкого сигнала об окончании работы устройства обеспечивают повышение надежности работы устройства.Экономический эффект от внедрения изобретения будет получен за счет повышения надежности работы устройства и упрощения его эксплуатации. Формула изобретения Тампонажное устройство, включающее контейнер с поршнем, разделяющим его на надпоршневую полость и рабочую полость, заполненную тампонажным материалом, струйный пульсатор с подводящим каналом и выходным каналом; гидравлически связанным с надпоршневой полостью, и сигналиэатор.окончания рабочего хода поршня в виде гидравлического затвора с возвратной пружиной и гибкой связью, верхний конец которой соединен с затвором, а нижний - с поршнем, отл ича ю щее ся тем, что, с целью повышения надежности работы и упрощения эксплуатации за счет обеспечения возможности получения устойчивого сигнала об окончании рабочего хода поршня, ис ключения обрывов гибкой связи и снижениятребований к точности установки ее длины, в поршне выполнена осевая полость со стороны надпоршневой полости контейнера, нижний конец гибкой связи подпружинен 10 относительно поршня с помощью пружины,размещенной в осевой полости последнего, при этом верхний торец поршня, обращенный к надпоршневой полости, выполнен с буртиком под верхний торец указанной пру жины, нижний торец которой имеет подвижную в осевом направлении опору, соединенную с нижним концом гибкой связи, причем усилие предварительного сжатия размещенной в поршне пружины 20 превышает по величине усилие предварительного сжатия возвратной пружины затвора.1808994 Корректор, Л.Пилипенко,Редактор В.Трубченко каз 1264 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина, 10 Ь 1 ща Ь