RU1808994C - Тампонажное устройство - Google Patents

Abstract

Сущность изобретени : устройство содержит контейнер 1 с поршнем 3, раздел ющим его на надпоршневую полость 4 и рабочую полость 5 с тампонажной смесью, пакер с упругими уплотнительными элементами 24, сигнализатор окончани  рабочего хода поршн  3 и струйный пульсатор, содержащий корпус 8 со сливными окнами 9 и сопловой полостью 23, верхний переходник 10 с подвод щим каналом 11, нижний пере

Description

ходник. 12, питающее сопло 13 с обоймой 17, приемное сопло 14, дефлектор 15 с отверсти ми 16, соединенный с верхним переходником 10 с возможностью их совместного вращени , и затвор 29 с возвратной пружиной св занный с поршнем 3 штоком 30 и гибкой св зью 31, наматываемой на катушку 32. В поршне 3 выполнена осева  полость 44, внутри которой размещена пружина 45 с нижней подвижной опорой 47, соединенной штоком 48 с нижним концом гибкой св зью 31, при этом усилие предварительного сжати  пружины 45, превышает по величине усилие предварительного сжати , возвратной пружины затвора. Длина колонковой трубы дл  контейнера 1 выбираетс  с учетом требуемого дл  тампонировани  объема смеси, после чего устанавливают длину гибкой св зи 31 с таким расчетом, чтобы при выт нутом вдоль оси устройства положений гибкой св зи 31 (без сжати  пружины затвора 29 и пружины 45) рассто ние от нижнего торца поршн  3 до упора,в который поршень упираетс  в конце своего рабочего хода, составл ло не менее величины рабочего сжати  возвратной пружины затвора 29 и не более величины суммарного рабочего сжати  пружины затвора 29 и пружины 45. После установки длины гибкой св зи 31 ее наматывают на катушку 32. После

заправки контейнера опускают устройство в скважину к зоне тампонировани , опирают его на забой с перекрытием ствола скважины уплотнительными элементами 24, включают вращение и буровой насос. При вращении дефлектора 15 стру  жидкости, формируема  соплом 13, периодически проходит через отверсти  16 дефлектора и попадает в сопло 14, формиру  в нем и надпоршневой полости 4 импульсное давление , воздействующее через поршень 3 на тампонажную смесь, котора  после опускани  пробки 2 вниз выходит через сливные отверсти  7 в скважину. В процессе перемещени  поршн  3 гибка  св зь 31 разматываетс  с катушки 32. На конечном отрезке рабочего хода поршн  3 гибка  св зь 31 полностью разматываетс  с катушки 32 и нат гиваетс  поршнем 3, после чего при дальнейшем движении поршн  3 последовательно сжимаютс  вначале пружина затвора 29 с открытием последнего и падением давлени  в подвод щем канале 11, а затем пружина 45. Поршень 3 садитс  на упор в момент, когда величина сжати  пружины 45 не превышает максимального значени . После падени  давлени  в канале 11 и буровой колонне выключают вращение и буровой насос и поднимают устройство на поверхность. 3 ил.

Изобретение относитс  к бурению скважин , в частности к устройствам дл  их тампонировани .

Цель изобретени  - повышение надежности работы устройства и упрощени  его эксплуатации за счет обеспечени  возможности получени  устойчивого сигнала об окончании рабочего хода поршн , исключени  обрывов гибкой св зи и снижени  требований к точности установки ее длины.

На фиг. 1 схематично изображено предлагаемое тампонажное устройство, общий вид; на фиг. 2 - график изменени  величины сжати  возвратной пружины затвора устройства по прототипу в зависимости от хода поршн  и времени; на фиг, 3 - график измерени  величины сжати  пружин сигнализатора в предлагаемом устройстве в зависимости от хода поршн  и времени.

Тампонажное устройство включает трубчатый контейнер 1 с пробкой 2 на нижнем конце и поршнем 3, раздел ющим внутренний объем контейнера на надпоршневую 4 и рабочую 5 полости, последн   из которых заполнена.тампонаж- ным раствором, опорную трубу 6 со

сливными отверсти ми 7 на верхнем конце, соединенном с нижним концом контейнера 1, и установленный над контейнером струйный пульсатор, содержащий корпус 8 с осевым каналом и сливными окнами 9, верхний переходник 10 с подвод щим каналом 11, установленный с возможностью вращени  относительно оси корпуса 8, нижний переходник 12, соедин ющий корпус 8 с контейнером 1, питающее 13 и приемное 14 сопла, размещенные в осевом канале корпуса 8 эксцентрично относительно его оси и соос- но друг с другом и гидравлически св занные соответственно с каналом 11 и полостью 4,

и дефлектор 15, выполненный в виде диска с отверсти ми 16, размещенного в корпусе 8 между питающим 13 и приемными 14 соплами . Питающее сопло 13 имеет обойму 17,

закрепленную центральным стержнем 18

относительно нижнего переходника 12, а приемно е сопло 14 установлено в указанном переходнике, Дефлектор 15 выполнен с осевым отверстием, через которое проходит стержень 18, и соединен патрубком 1$ с

верхним переходником 10 с возможностью их совместного вращени . Обойма 17 размещена в патрубке 19 и снабжена в верхней части патрубком 20 и уплотнением 21, поджатым пружиной 22, а отверсти  16 в дефлекторе 15 расположены эксцентрично относительно его оси с эксцентриситетом, равным эксцентриситету сопел 13 и 14. Между нижним торцом обоймы 17 и верхним торцом переходника 12 имеетс  соплова  полость 23, сообщающа с  с затрубным пространством через, сливные окна 9. Уст- ройство может быть снабжено пакером, выполненным , например, в виде набора упругих уплотнительных элементов 24 и разделительных колец 25. Дл  разобщени  вращающихс  и неподвижных деталей меж- ду верхним переходником 10 и корпусом 8 установлен подшипник 26, пакер выполнен с возможностью исключени  взаимного проворачивани  его подвижных частей (например , за счет применени  в его конструк- ции шпоночного или шлицевого соединени  деталей), а на конце опорной трубы 6 установлена бурова  коронка 27, преп тствующа  вращению трубы относительно забо  скважины. 5 Устройство снабжено сигнализатором окончани  рабочего хода поршн  3, содержащим выполненный в обойме 17 перепускной канал 28, вход которого сообщаетс  с подвод щим каналом 11, а выход- с затруб- ным пространством, и установленный на входе канала 28 подпружиненный гидравлический затвор 29, соединенный штоком 30 и гибкой св зью 31 (например, тросом) с рабочим поршнем 3. Дл  удобства укладки гибкой св зи 31 в надпоршневой полости 4 и исключени  ее запутывани  св зь 31 может быть снабжена катушкой 32 с осевым каналом дл  прохода промывочной жидкости и самой гибкой св зи. Катушка 32 раз- мещена в надпоршневой полости 4 соосно с контейнером и прикреплена к нижнему переходнику 12 пульсатора.

Дл  обеспечени  возможности регулировани  длины гибкой св зи 31 при измене- нии длины контейнера 1 устройство снабжено блоком 33 с внешней канавкой, ось которого входит в вилку 34, соединен- нуюс поршнем 3. С целью обеспечени  оперативного соединени  и разъединени  гибкой св зи 31 с поршнем 3 блок 33 выполнен быстросьемным, дл  чего в вилке 34 с каждой ее стороны выполнен Г-образный паз под ось блока 33, а последн   крепитс  к вилке 34 при помощи гайки - барашка 35. Нижний конец гибкой св зи 31, соединенный с поршнем 3, выполнен в виде петли 36, уложенной нижней частью в канавку блока 33, исключающего возможность по влени  остаточных деформаций гибкой св зи в месте ее соединени  с поршнем 3. Верхн   часть петли 36 снабжена фиксатором 37, установленным вблизи блока 33 и выполненным в виде разъемного соединени , например , в виде зажима из пластины с прорезью дл  закреплени  в последней сдвоенной гибкой св зи 31, образующей верхнюю часть петли 36. С целью исключени  запутывани  свободного конца гибкой св зи 31, выход щего из фиксатора 37, гибка  св зь снабжена направл ющим фиксатором 38, удерживающим указанный свободный конец на основном звене гибкой св зи 31, соедин ющем 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 , склеивани  и т.п.) со свободным концом гибкой св зи 31. При этом свободный конец гибкой св зи 31 и ее основное звено продеты через фиксатор 38, который установлен с возможностью перемещени  вдоль основного звена гибкой св зи 31. С целью исключени  скручивани  гибкой св зи 31 при ее наматывании на катушку 32 с вращением последней, а также при разматывании гибкой св зи с катушки в процессе работы устройства , шток 30 и поршень 3 снабжены вертлюгами 39 и 40, первый из которых соединен крючком 41с верхним концом гибкой св зи 31, а второй - осью 42 с вилкой 34 блока 33. Дл  обеспечени  возможности выемки поршн  3 из контейнера после подъема устройства из скважины нижний конец контейнера 1 снабжен сьемным патрубком 43. При этом длина гибкой св зи 31 в ее нат нутом положении и длина съемного патрубка 43 выбраны с обеспечением возмож- ности опускани  блока 33 ниже нижнего торца контейнера 1 в конце рабочего хода поршн  3.

Дл  обеспечени  возможности получени  устойчивого сигнала об окончании рабочего хода поршн  3 за счет увеличени  времени нахождени  затвора 30 в открытом положении до момента окончани  рабочего хода поршн , а также дл  упрощени  эксплуатации устройства за счет снижени  требований к точности установки длины гибкой св зи 31, в поршне 3 выполнена осева  полость 44 со стороны надпоршневой .полости 4, нижний конец гибкой св зи 31 подпружинен относительно поршн  3 с помощью пружины 45, размещенной в полости 44 поршн  3, а верхний торец последнего, обращенный к надпоршневой полости 4, выполнен с буртиком 46 дл  опоры верхнего торца пружины 45, нижний торец которого снабжен опорой 47, соединенной штоком 48 с нижним . концом гибкой св зи 31, При этом:уси- ли предварительного сжати  пружины 45

пр еЈыц1а;ёт по величине усилие предвари- т.ельнОгр сжати  возвратной пружины 31 затвора 30. При необходимости увеличени  длины рабочего хода пружины 45 без увеличени  высоты поршн  3 к его верхнему торцу присоедин етс  втулка 49, внутренн   полость которой служит продолжением осевой полости 44 поршн . Дл  исключени  возможности обрыва гибкой св зи 31 длина последней установлена с возможностью неполного сжати  пружины 45 в конце рабоче- гохода поршн  3,

Тампонажноё устройство работает следующим образом,:

Перед заправкой устройства тампонаж- ным материалом выбирают по длине колонковую трубу дл  контейнера 1с учетом требуемого дл  тампонировани  объема смеси. Затем в соответствии с длиной выбранной колонковой трубы устанавливают длину гибкой св зи 31 с таким расчетом, чтобы при выт нутом вдоль оси устройства положении гибкой св зи (без сжати  пружины затвора 29 и пружины 45) рассто ние от нижнего торца поршн  3 до упора, в который поршень упираетс  в конце своего ра- бочегр хода, составл ло величину h, определ емую выражением

ASi h ASr+ Sp2(1) где ASt -величина хода поршн  3от начала до окончани  рабочего сжати  возвратной пружины затвора 29 и соответственно от .начала до окончани  открыти  затвора 29;

SP2 - регулируемый длиной гибкой св зи 31 запас хода поршн  3, отсчитываемый от момента полного открыти  затвора 29 до достижени  поршнем 3 предельного рабочего хода, после которого дальнейшее движение поршн  может вызвать обрыв гибкой св зи 31.

Вход ща .в выражение (1) величина хода ASi равна

ASi Sk1 - So(2) где Sc и Sk - соответственно величина хода поршн  3 в начале и конце рабочего сжати  пружины затвора 29 и соответственно в начале и конце открыти  указанного затвора.

Величина регулируемого запаса хода поршн  с момента полного открыти  затвора 29 и до упора поршн  в конце его рабочего хода определ етс  выражением

Sp2 Зктах Sk (3)

По окончании регулировки длины гибкой св зи 31 зажимают фиксатором 37 сдвоенную часть петли 36 вблизи блока 33, после чего наматывают гибкую св зь 31 на катушку 32. Затем заправл ют рабочую полость 5

контейнера 1 тампонажным раствором, соедин ют пульсатор с контейнером 1, в верхней части которого устанавливают поршень 3, опускают устройство в скважину

к зоне тампонировани , расположенной над естественным или искусственным забоем , и по достижении забо  загружают осевым усилием с опорой трубы б на забой. Под действием указанного усили  упругие эле0 менты 24 пакера сжимаютс  и перекрывают ствол скважины над тампонируемым интервалом , после чего привод т во вращение буровую колонку, на которой подвешено устройство , и включают буровой насос, среди5 ненный с буровой колонной, При этом дефлектор 15 приводитс  во вращение от верхнего, переходника 10, соединенного с буровой колонной, а промывочна  жидкость поступает по буровой колонне кподвод ще0 му каналу 1.1 и из него к питающему соплу 13, на выходе которого формируетс  напорна  стру . В процессе вращени  дефлектора 15 ось каждого из его отверстий .16 периодически (при каждом обороте дефлектора) схо5 дитс  и расходитс  с общей осью сопел 13 и 14. При схождении оси отверсти  16 с осью сопел 13.и 14, напорна  стру , формируема  соплом 13, попадает в торцевое отверстие приемного сопла 14- вызыва  в нем импуль0 сное повышение давлени , а при расхождении оси отверсти  1.6 и оси сопел 13 и 14 дефлектор 15 перерезает напорную струю, перекрыва  ее доступ к приемному, соплу 14, и вызыва  тем самым импульсное паде5 ние давлени  в сопле 14. При схожДении с осью сопел 1.3 и 14 оси следующего отверсти  16.дефлектора 15 в приемном сопле 14 формируетс  очередной импульс давлени , В результате на выходе приемного сопла 14

0 формируетс  пульсирующее давление, частота которого равна частоте вращени  дефлектора 15, умноженной на число отверстий 16 в нем. Вырабатываемое пульсатором пульсирующее давление передает5 с  в надпоршневую полость 4 контейнера и через поршень 3 воздействует на тампонаж- ный раствор, наход щийс  в рабочей полости 5. Под воздействием пульсирующего давлени  со стороны тампонажного раство0 ра пробка 2 выбираетс  из нижнего отверсти  контейнера 1, после чего поршень 3, на который действует пульсирующее давление со стороны надИоршнёвой полости 4, вытесн ет тампонажный раствор из рабочей по5 лости 5 контейнера через сливные отверсти  7 в тампонируемую зону скважины , Промывочна  жидкость, не попадающа  в приемное сопло 14 в периоды, когда напорна  стру  перерезаетс  дефлектором 15, сливаетс  из сопловой полости 23 в затрубмое пространство скважины через сливные отверсти  9.

В процессе перемещени  поршн  3 вниз он разматывает гибкую св зь 31 с катушки 32. При этом скручивание гибкой св - зи в процессе ее разматывани  исключаетс  за счет свободного проворачивани  нижнего конца указанной св зи вместе с блоком 33 на вертлюге 40 относительно поршн  3. В момент времени (фиг. 3), когда рабочий ход поршн  S So, гибка  св зь 31 полностью разматываетс  с катушки 32 и нат гиваетс  поршнем 3, после чего при дальнейшем движении поршн  происходит сжатие возвратной пружины затвора 29, пе- ремещаемого гибкой св зью через шток 30, и соответственно, открытие указанного затвора . С началом открыти  затвора 29 промывочна  жидкость начинает сливатьс  из подвод щего канала 11 через перепускной канал 28, отверсти  16 в дефлекторе 15, сопловую полость 23 и сливные отверсти  9 в затрубное пространство. В результате давление в подвод щем канале 11 и буровой колонне начинает снижатьс , что еду- жит информационным сигналом об окончании работы устройства, В процессе перемещени  по буровой колонне указанного информационного сигнала в виде вол- ны понижени  давлени  поршень 3 продолжает свой рабочий ход. При достижении величины его рабочего хода значени  SK в момент времени tK сжатие пружины затвора 29 достигает рабочего значени  hi, соответствующего, полному открытию за- твора 29. При дальнейшем движении поршн  3 в момент, когда величина его рабочего хода достигает значение Si, а сжатие пружины затвора 29 достигает максимального значени  hi, начинает сжиматьс  пружина 45. При достижении конечного значени  рабочего хода поршн  S SK последний садитс  на упор и прекращает свое дальнейшее движение. При этом сжатие пружины 45 достигает рабочего значени  ha, меньшего или, в крайнем случае, равного по величине значению максимального сжати  указанной пружины. В соответствии с выражением (1) поршень 3 садитс  на упор с соблюдением услови , что конечное значе- ние рабочего хода поршн  SK Smax, т.е. SK не превышает по величине предельное значение Зктах, при превышении которого пружина 45 полностью сжимаетс  и дальнейшее движение поршн  может привести к обрыву гибкой св зи 31 в результате передачи на нее полной амплитуды импульсного усили ; создаваемого на поршне импульсным давлением, формируемым и пульсатором в полости 4.

По достижении волны понижени  дав- лени  поверхностного сигнального устройства вращение колонны и подачу рабочей жидкости прекращают, а тампонажное устройство поднимают на поверхность. При этом затвор 29, пружина 45 и детали пакера возвращаютс  в исходное положение под действием упругих сил. После подъема устройства из скважины отсоедин ют от контейнера 1 съемный патрубок 43, ослабл ют гайку- барашек 35, снимают блок 33 с вилки 34, вынимают поршень 3 из патрубка 43, снимают пульсатор с контейнера 1 и наворачивают гибкую св зь 31 на катушку 32. В случае изменени  длины контейнера 1 перед новым рейсом устройства в скважину вновь регулируют длину гибкой св зи 31, привод  ее в соответствие с новой длиной контейнера с соблюдением услови , определ емого выражением (1).

Введение в конструкцию устройства пружины, встраиваемой в поршень и под- пружинивающей нижний конец гибкой св зи относительно поршн , позвол ет в несколько раз (см. фиг. 2; 3) увеличить регулируемый запас рабочего хода Sp поршн , отсчитываемый от момента полного открыти  затвора сигнализатора до достижени  поршнем предельного рабочего хода Зктах, после которого дальнейшее движение поршн  может вызвать обрыв гибкой св зи 31, Поскольку поршень может быть иметь достаточно большую высоту (обычно ее выбм- рают в пределах 1-2 диаметров контейнера), величина 3Рз (фиг. 3} дл  предлагаемого устройства получаетс  на практике в 10-30 раз больше величины SPi (фиг, 2), присущей устройству по прототипу. При-. мерно такого же пор дка достигает в предлагаемом устройстве увеличение времени Т2 действи  сигнализатора (нахождени  затвора 29 в открытом положении) в сравнении с временем Ti действи  сигнализатора в устройстве пр прототипу. Значительное увеличение в предлагаемом устройстве величины параметра Sp исключает обрыв гибкой св зи и снижает требовани  к точности установки ее длины, что упрощает эксплуатацию устройства, а увеличение времени Т действи  сигнализатора обеспечивает возможность получени  устойчивого и легко распознаваемого сигнала об окончании работы устройства. При этом больша  величина регулируемого запаса хода поршн  Sp и времени Т действи  сигнализатора позвол ет получать сигнал и выключать устройство (вращение и подачу промывочной жидкости) до момента посадки поршн  на упор. В свою очередь исключение возможности обрыва

гибкой св зи и получение четкого сигнала об окончании работы устройства обеспечивают повышение надежности работы устройства .

Экономический эффект от внедрени  изобретени  будет получен за счет повышени  надежности работы устройства и упрощени  его эксплуатации.

Фор мул а из обретени  Тампонажное устройство, включающее контейнер с поршнем, раздел ющим его на надпоршневую полость и рабочую полость, заполненную тампонажным материалом, струйный пульсатор с подвод щим каналом и выходным каналом, гидравлически св занным с надпоршневой полостью, и сигнализатор окончани  рабочего хода поршн  в виде гидравлического затвора с возвратной пружиной и гибкой св зью, верхний конец которой соединен с затвором, а нижний - с поршнем, отличающеес  тем, что, с

целью повышени  надежности работы и упрощени  эксплуатации за счет обеспечени  возможности получени  устойчивого сигнала об окончании рабочего хода поршн , исключени  обрывов гибкой св зи и снижени  требований к точности установки ее длины, в поршне выполнена осева  полость со стороны надпоршневой полости контейнера, нижний конец гибкой св зи подпружинен относительно поршн  с помощью пружины, размещенной в осевой полости последнего, при этом верхний торец поршн , обращенный к надпоршневой полости, выполнен с буртиком под верхний торец указанной пружины , нижний торец которой имеет подвижную в осевом направлении опору, соединенную с нижним концом гибкой св зи , причем усилие предварительного сжати  размещенной в поршне пружины превышает по величине усилие предварительного сжати  возвратной пружины затвора .

Фйг.З