RU196581U1

RU196581U1 - COUPLING COUPLING

Info

Publication number: RU196581U1
Application number: RU2019141736U
Authority: RU
Inventors: Владимир Павлович Карасев; Ольга Александровна Мальковская; Александр Дмитриевич Жуков
Original assignee: Акционерное общество "ОКБ Зенит" АО "ОКБ Зенит"
Priority date: 2019-12-12
Filing date: 2019-12-12
Publication date: 2020-03-05

Abstract

Полезная модель относится к области нефтедобывающей промышленности, а именно, к оснастке обсадных колонн, и может быть использована при строительстве скважин для добычи нефти и газа. Технической задачей полезной модели является создание конструкции муфты цементировочной, в которой дифференциальный поршень при закрытии цементировочных окон может быть установлен на фиксатор только от прочистной пробки.Поставленная задача решается созданием внутри муфты воздушной полости с объемом, достаточным для сдвижки дифференциального поршня после перекрытия цементировочных окон и постановке его на фиксатор. Постановка дифференциального поршня на фиксатор от разности давлений ограничивается упругим кольцом. Осевые перемещения втулки ограничены винтами с заданным усилием среза. Срез винтов, сообщение воздушной полости с внутренней полостью муфты, перемещение дифференциального поршня за упругое кольцо и срабатывание фиксатора происходит только от усилия, создаваемого на поршень после прихода прочистной пробки.Упругое кольцо препятствует постановке дифференциального поршня на фиксатор до прихода пробки, а воздушная полость позволяет обеспечить герметичное перекрытие цементировочных окон и гарантированную фиксацию дифференциального поршня.The utility model relates to the field of the oil industry, namely, to the rigging of casing strings, and can be used in the construction of wells for oil and gas production. The technical task of the utility model is to create a cement clutch design in which the differential piston, when closing the cement windows, can be installed on the retainer only from the cleaning plug. The problem is solved by creating an air cavity inside the clutch with a volume sufficient to shift the differential piston after closing the cement windows and setting him to the latch. The positioning of the differential piston on the retainer against the pressure difference is limited by an elastic ring. Axial movement of the sleeve is limited by screws with a given shear force. The shear of the screws, the communication of the air cavity with the internal cavity of the coupling, the movement of the differential piston behind the elastic ring and the release of the lock only comes from the force exerted on the piston after the arrival of the cleaning plug. tight overlapping of cementing windows and guaranteed fixation of the differential piston.

Description

Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности, а именно оснастке обсадных колон. Муфта цементировочная входит в состав колонны подвесного оборудования и может быть использовано при строительстве скважин для добычи нефти и газа.The utility model relates to the oil industry, namely casing rigging. The cementing coupling is part of the suspension equipment column and can be used in the construction of wells for oil and gas production.

Муфта предназначена для проведения работ по цементированию скважины на заданном интервале ствола для исключения воздействия водоносных пластов на продуктивные пласты и должна обеспечивать:The coupling is intended for well cementing at a predetermined interval of the wellbore to exclude the effect of aquifers on productive formations and should provide:

- сообщение заколонного и внутритрубного пространства при промывках и цементированию обсадной колонны;- annulus and annulus communication during casing flushing and cementing;

- герметизацию заколонного пространства от внутриколонного пространства по окончанию процесса цементирования.- sealing annular space from the annular space at the end of the cementing process.

Качество проведение работ по цементированию в основном определяется конструкцией и надежностью работы муфты цементировочной.The quality of cementing is mainly determined by the design and reliability of the cement coupling.

Известна муфта цементировочная (патент полезной модели RU 151093 МПК Е21В 33/14, опубликован 20.03.2015). Устройство включает в себя корпус с цементировочными окнами, гнезда приемного, поршня с радиальными отверстиями, в которых установлены заглушки мембранные, обратного клапана, втулки установленной между гнездом приемным и поршнем, кольца стопорного фиксации поршня в закрытом положении.Known cementing coupling (utility model patent RU 151093 IPC ЕВВ 33/14, published on March 20, 2015). The device includes a housing with cementing windows, a receptacle socket, a piston with radial holes in which membrane plugs are installed, a check valve, a sleeve installed between the receptacle socket and the piston, and piston lock rings in the closed position.

Цементировочные окна могут перекрываться когда давление в затрубном пространстве больше, чем давление внутри муфты или от пробки при посадке ее в гнездо приемное и создание достаточного усилия для срезки удерживающих винтов. Давление в затрубном пространстве после открытия цементировочных окон может быть выше давления внутри колонны даже до закачки цемента, например из-за разности плотностей жидкости внутри и снаружи муфты. Например, внутри муфты закачана нефть, снаружи буровой раствор. При остановке продавки это приводит к разным гидростатическим давлениям снаружи и внутри муфты, закрытию муфты и постановки на фиксатор до проведения цементажа и невозможности ее повторного открытия. При закрытии цементировочных окон от пробки при перекрытии цементировочных окон в корпусе внутри муфты между пробкой и пакером заколонным образуется замкнутая полость. Ввиду того, что сжимаемость жидкости составляет 1/20000, то для того, чтобы обеспечить постановку дифференциального поршня на фиксатор необходимо сжать этот объем жидкости или удалить его. Без этого поставить поршень на фиксатор невозможно.Cementing windows may overlap when the pressure in the annulus is greater than the pressure inside the sleeve or from the plug when it is inserted into the receiving receptacle and creating sufficient force to cut off the retaining screws. The pressure in the annulus after the opening of the cementing windows can be higher than the pressure inside the column even before the injection of cement, for example, due to the difference in the density of the fluid inside and outside the coupling. For example, oil is pumped inside the coupling, and drilling fluid is outside. When stopping the supply, this leads to different hydrostatic pressures outside and inside the coupling, closing the coupling and locking it before cementing and the impossibility of re-opening it. When the cementing windows are closed from the cork while the cementing windows are closed in the housing, a closed cavity is formed between the cork and the annular packer inside the sleeve. Due to the fact that the compressibility of the fluid is 1/20000, in order to ensure that the differential piston is mounted on the clamp, it is necessary to compress this volume of fluid or remove it. Without this, it is impossible to put the piston on the lock.

Недостатком данного технического решения является опасность закрытия цементировочных окон до цементажа и невозможность постановки дифференциального поршня на фиксатор от пробки при замкнутом объеме жидкости перед пробкой.The disadvantage of this technical solution is the danger of closing the cementing windows before cementing and the impossibility of placing the differential piston on the retainer from the plug with a closed volume of liquid in front of the plug.

Известна муфта цементировочная (патент полезной модели 159111 МПК Е21В 33/14, опубликован 27.01.2016). Устройство включает в себя полый корпус с цементировочными отверстиями, перекрытыми срезной дифференциальной втулкой, помещенной внутри корпуса и выполненной с посадочным седлом под нижнюю разделительную пробку, перекрывающую втулку с посадочным седлом под верхнюю разделительную пробку, помещенную внутри корпуса над дифференциальной втулкой и снабженной фиксатором перекрывающего поршня в закрытом положении.A well-known cementing coupling (utility model patent 159111 IPC ЕВВ 33/14, published January 27, 2016). The device includes a hollow body with cementing holes overlapped by a shear differential sleeve placed inside the body and made with a seating seat under the lower separation plug, overlapping sleeve with a seating seat under the upper separation plug placed inside the housing above the differential sleeve and provided with a latching piston lock in closed position.

Недостатком данного технического решения является необходимость дополнительной пробки для открытия цементировочных окон и наличие замкнутой полости между нижней и верхней пробками при закрытии цементировочных окон, что не позволит поставить перекрывающую втулку на фиксатор.The disadvantage of this technical solution is the need for an additional plug to open the cementing windows and the presence of a closed cavity between the lower and upper plugs when closing the cementing windows, which will not allow the overlapping sleeve to be put on the lock.

Известна муфта для ступенчатого цементирования обсадных колонн патент 2132449 МПК Е21В 33/14, опубликован 27.06.1999). Устройство включает в себя корпус с циркуляционными отверстиями, дифференциальную втулку, посадочное гнездо под цементировочную пробку, цементировочную пробку. На дифференциальной втулке и корпусе выполнены пазы для исключения проворота при разбуривании, а корпус цементировочной пробки закрыт срезным днищем с образованием воздушной камеры, что обеспечивает вхождение ее в посадочное гнездо с натягом после срезания днища и заполнением этой полости жидкостью из закнутой полости.Known coupling for step cementing of casing strings (patent No. 2132449 IPC ЕВВ 33/14, published June 27, 1999). The device includes a housing with circulation holes, a differential sleeve, a seat for a cement plug, a cement plug. Grooves are made on the differential sleeve and body to prevent turning during drilling, and the cement plug body is closed with a shear bottom to form an air chamber, which ensures its entry into the seat with an interference fit after cutting the bottom and filling this cavity with liquid from the closed cavity.

Недостатком данного технического решения является отсутствие внутреннего канала в цементировочной пробке, отсутствие фиксатора пробки от отброса, а также срез днища пробки от абсолютного давления, что требует настраивать параметры среза с учетом глубины скважины и плотности бурового раствора.The disadvantage of this technical solution is the lack of an internal channel in the cement plug, the lack of a stopper plug from the rejection, and also the bottom cut of the plug from absolute pressure, which requires adjusting the cut parameters taking into account the depth of the well and the density of the drilling fluid.

Недостатком известных технических решений является то, что перемещение дифференциального поршня прекращается при перекрытие отверстий в корпусе и поршне, что делает невозможным при закрытии цементировочных окон установить фиксатор и обеспечить герметичность. Это приводит к тому, что после разбуривания внутренней полости хвостовика через цементировочные окна муфты возможна негерметичность. Отсутствие фиксации закрывающей втулки при плохом качестве цемента возможно открытие окон долотом или в муфтах с дифференциальной втулкой повышением давления внутри хвостовика.A disadvantage of the known technical solutions is that the movement of the differential piston stops when the holes in the housing and the piston overlap, which makes it impossible to fix the latch and close the cement windows. This leads to the fact that after drilling the inner cavity of the shank through the cementing windows of the coupling, leakage is possible. The absence of fixation of the closing sleeve with poor quality cement may open the windows with a chisel or in couplings with a differential sleeve by increasing the pressure inside the shank.

Заявляемая полезная модель дает технический результат, который выражается в герметичном закрытии цементировочных окон и постановки на фиксатор закрывающей втулки после окончания цементирования и прихода прочистной пробки.The inventive utility model gives a technical result, which is expressed in the hermetic closure of the cementing windows and setting on the lock of the closing sleeve after cementing and the arrival of the clean-up plug.

Устройств с заявляемой совокупностью отличительных признаков в патентной и научно-технической литературе не выявлено. Это определяет соответствие полезной модели критерию «новизна».Devices with the claimed combination of distinctive features in the patent and scientific literature are not identified. This determines the compliance of the utility model with the criterion of "novelty."

Сущность изобретения и принцип работы предложенной полезной модели поясняется чертежами фиг.1…фиг.5, на которых показана муфта цементировочная.The invention and the principle of operation of the proposed utility model is illustrated by the drawings of figure 1 ... figure 5, which shows the cement clutch.

Муфта цементировочная включает в себя корпус 1 с выполненными в нем цементировочными окнами 2, гнездо приемное 4, дифференциальный поршень 5 с радиальными отверстиями 6, обратный клапан 7, втулку 8 установленную между гнездом приемным и дифференциальным поршнем. Втулка 8 закреплена с поршнем и имеет свободу осевых перемещений по наружной поверхности втулки приемного гнезда. Втулка 8 с внутренней поверхностью поршня образует полость А, герметичность которой обеспечивается резиновыми кольцами 9 и 10. Объем полости А равен или должен быть больше внутреннего объема муфты цементировочной на длине L (фиг. 1). На втулке приемного гнезда 4 выполнена обниженная проточка 12, а во втулке 8 выполнены радиальные отверстия 11. До прихода прочистной пробки в приемное гнездо 4 радиальные отверстия 11 и проточка 12 разнесены на расстояние L, поэтому нет связи между полостью А и внутренней полостью Б муфты цементировочной. Перемещение втулки 8 до прихода прочистной пробки ограничивается срезными винтами 13. На втулке приемного гнезда выполнен уступ 14 для сдвижки дифференциального поршня при постановке на защелку разрезным упругим кольцом 15. В корпусе 1 установлено разрезное упругое кольцо 16 для предотвращения постановки поршня на защелку от дифференциального давления, когда давление в затрубном пространстве, за муфтой, больше давления внутри муфты.The cementing sleeve includes a housing 1 with cementing windows 2 made therein, a receiving socket 4, a differential piston 5 with radial holes 6, a check valve 7, and a sleeve 8 installed between the receiving and differential piston jacks. The sleeve 8 is fixed with a piston and has freedom of axial movement along the outer surface of the sleeve of the receiving socket. The sleeve 8 with the inner surface of the piston forms a cavity A, the tightness of which is ensured by the rubber rings 9 and 10. The volume of the cavity A is equal to or must be greater than the internal volume of the cementing sleeve over the length L (Fig. 1). A diminished groove 12 is made on the sleeve of the receiving socket 4, and radial holes 11 are made in the sleeve 8. Before the cleaning plug enters the receiving socket 4, the radial holes 11 and the groove 12 are spaced apart by a distance L, so there is no connection between the cavity A and the internal cavity B of the cementing sleeve . The movement of the sleeve 8 before the arrival of the cleaning plug is limited by shear screws 13. A step 14 is made on the sleeve of the receiving socket for shifting the differential piston when latching with a split elastic ring 15. In the housing 1, a split elastic ring 16 is installed to prevent the piston from being locked onto the latch from differential pressure, when the pressure in the annulus behind the coupling is greater than the pressure inside the coupling.

При упоре дифференциальной втулки 5 в кольцо 16 отверстия 2 и 6 перекрываются полностью (фиг. 2), что исключает связь внутренней полости муфты с затрубным пространством. Усилие прохождения дифференциального поршня 5 через упругое кольцо 16 больше усилия среза винтов 13, что обеспечивает срез винтов 13 и сдвижку приемного гнезда относительно втулки 8 до совмещения отверстий 11 и проточки 12. На втулке приемного гнезда выполнены радиальные выступы 17, а во втулке 8 выполнены пазы 18, что обеспечивает фиксацию приемного гнезда при разбуривании. Для фиксации поршня, до момента открытия цементировочных окон, служат срезные винты 19. Герметичность полостей муфты обеспечивается кольцами круглого сечения 21…23.With the emphasis of the differential sleeve 5 in the ring 16, the holes 2 and 6 completely overlap (Fig. 2), which excludes the connection of the internal cavity of the coupling with the annulus. The force of passage of the differential piston 5 through the elastic ring 16 is greater than the shear force of the screws 13, which ensures the shear of the screws 13 and the shift of the receiving socket relative to the sleeve 8 to align the holes 11 and the groove 12. Radial projections 17 are made on the sleeve of the receiving socket, and grooves are made in the sleeve 8 18, which ensures the fixation of the receiving socket during drilling. For fixing the piston, until the opening of the cementing windows, shear screws 19 are used. The tightness of the coupling cavities is ensured by rings of circular cross-section 21 ... 23.

Муфта цементировочная работает следующим образом. Внутрь колонны сбрасывается запорный шар (не показано), который перекрывает внутренний канал хвостовика ниже муфты цементировочной (не показано). Внутриколонное давление повышается и из-за разности площадей в виде кольцевого зазора В возникает осевое усилие на дифференциальном поршне 5. При достижении расчетной величины происходит срез винтов 19 и смещение поршня 5 до упора в корпус 1. При этом совмещаются цементировочные отверстия 2 в корпусе 1 и 6 поршне 5 (фиг. 2). Через эти отверстия производится цементирование скважины.Coupling cement works as follows. A shut-off ball (not shown) is thrown inside the column, which closes the inner channel of the liner below the cementing sleeve (not shown). The intra-annular pressure increases and due to the difference in the area in the form of an annular gap B, an axial force arises on the differential piston 5. When the calculated value is reached, the screws 19 are cut and the piston 5 is displaced all the way into the housing 1. In this case, the cementing holes 2 in the housing 1 and 6 piston 5 (Fig. 2). Through these openings, well cementing is performed.

После завершения цементирования закрытие цементировочных окон производится:After completion of cementing, closing of cementing windows is carried out:

Если нет посадки пробки, то прикрытие цементировочных окон в корпусе осуществляется от перепада давления, действующего на площадь В дифференциального поршня из-за разности плотностей цемента снаружи и продавочной жидкости внутри муфты. От этого усилия поршень сдвигается в сторону нижнего переводника до упора в разрезное кольцо 16 (фиг. 3), при этом, отсутствует связь внутренней полости муфты с затрубным пространством. Если усилие от затрубного давления достаточно, то разжимается упругое кольцо 16 и поршень перемещается и фиксируется разрезным кольцом 15.If there is no plug fit, then the cementing windows in the housing are covered from the differential pressure acting on the area B of the differential piston due to the difference in the densities of the cement outside and the squeezing fluid inside the coupling. From this effort, the piston moves toward the lower sub to the stop in the split ring 16 (Fig. 3), while there is no connection between the inner cavity of the coupling and the annulus. If the force from the annular pressure is sufficient, then the elastic ring 16 is expanded and the piston moves and is fixed by the split ring 15.

Закрытие цементировочных окон от затрубного давления после цементажа может быть осуществлено только при разности гидростатических давлений снаружи и внутри муфты.Closing of cementing windows from annular pressure after cementing can be carried out only with a difference of hydrostatic pressures outside and inside the coupling.

Закрытие цементировочных отверстий и постановка на фиксатор от пробки. После закачки расчетного объема цемента сбрасывается продавочная пробка, срезается прочистная пробка и тандем пробок приходит в приемное гнездо 4 (не показано). После посадки тандема пробок в гнездо приемное сдвигает поршень 5 с приемным гнездом 4 до упора в разрезное кольцо 16 (фиг. 3). Происходит срез винтов 13 и сдвиг приемного гнезда до упора уступа 14 во втулку 8 (фиг. 4). Жидкость из полости Б вытесняется в затрубное пространство через отверстия 2 и 6. Происходит совмещение отверстий 11 с проточкой 12 (фиг. 4). Происходит сообщение полости А с полостью Б. Жидкость из полости Б поступает в полость А поршень 5 разжимает упругое кольцо 16 и сдвигается в сторону нижнего переводника фиксируясь защелкой 15 (фиг. 5).Closing the cementing holes and placing on the latch from the cork. After the calculated volume of cement has been pumped, the squeeze plug is dumped, the cleaning plug is cut off, and the tandem of plugs comes into the receiving slot 4 (not shown). After landing the tandem of plugs in the socket, the receiving piston shifts the piston 5 with the receiving socket 4 until it stops in the split ring 16 (Fig. 3). There is a cut of the screws 13 and the shift of the receiving socket to the stop of the ledge 14 in the sleeve 8 (Fig. 4). The fluid from the cavity B is displaced into the annulus through holes 2 and 6. There is a combination of holes 11 with the groove 12 (Fig. 4). A cavity A communicates with a cavity B. The fluid from the cavity B enters the cavity A and the piston 5 unclenches the elastic ring 16 and moves toward the lower sub with a latch 15 (Fig. 5).

Внедрение муфты цементировочной заявленной конструкции позволит гарантировать закрытие цементировочных окон и постановку поршня на защелку, что обеспечит надежность разделения внутренней полости хвостовика и затрубного пространства.The implementation of the cementing coupling of the claimed design will ensure that the cementing windows are closed and the piston is latched, which will ensure the separation of the inner cavity of the liner and the annulus.

Claims

1. Cement coupling, including a hollow cylindrical housing with cementing windows covered by a differential piston placed inside the housing, a receptacle for the lower separation plug, a check valve, a sleeve installed between the receptacle and the differential piston, a piston lock to close the cementing windows, characterized in that the sleeve forms a sealed air cavity with the inner surface of the piston and with the outer surface of the receptacle.

2. The cementing sleeve according to claim 1, characterized in that the axial movements of the movable sleeve are limited by screws with a given shear force.

3. The cementing sleeve according to claim 1, characterized in that an additional elastic split ring is installed in the housing above the piston, which prevents premature placement of the piston on the retainer before the clean plug comes in.

4. The cementing clutch of item 1, characterized in that a step is made on the sleeve of the receiving socket for cutting the screws fastening the sleeve of the seat socket and the piston sleeve for connecting the air cavity to the internal cavity of the coupling.

5. The cementing sleeve according to claim 1, characterized in that the grooves are made in the piston sleeve and a pin is installed on the sleeve of the receiving socket to fix the receiving socket from rotation when drilling.