RU2074311C1

RU2074311C1 - Coupling for stepped cementing casing strings

Info

Publication number: RU2074311C1
Application number: RU94031661A
Authority: RU
Inventors: И.Ф. Афридонов; Р.Ш. Рахимкулов; Р.М. Клявин; Р.Т. Асфандияров; И.О. Овцин
Original assignee: Афридонов Ильдар Фаатович
Priority date: 1994-08-30
Filing date: 1994-08-30
Publication date: 1997-02-27
Also published as: RU94031661A

Abstract

FIELD: well drilling. SUBSTANCE: device includes a body with a rest and circulating holes. The latter are capped. The caps are secured to the circulating holes by removable calibrated shear studs and have ring seals. A slide valve is placed in the body. The slide valve is made in the form of sealing holder. Its inner diameter is equal to inner diameter of the casing string. The slide valve has fitting ring of slightly drilled material. The ring is secured inside the slide valve. Besides it has ball-type stopper to fix it about the body. EFFECT: higher reliability in operation of the device in cementing oil and gas wells. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано при цементировании эксплуатационных колонн в две стадии в нефтяных и газовых скважинах с большими углами наклона ствола, включая и горизонтальные участки. The invention relates to the oil industry and can be used for cementing production casing in two stages in oil and gas wells with large angles of inclination of the barrel, including horizontal sections.

Как известно, в настоящее вpемя до 98% скважин бурится наклонными, с углом наклона ствола свыше 30^o. Широко начали применять в мировой практике (в т.ч. и отечественной) строительство горизонтальных скважинах.As you know, at present, up to 98% of the wells are drilled inclined, with an angle of inclination of the barrel of more than 30 ^o . Widely began to apply in the world practice (including domestic) the construction of horizontal wells.

Известны устройства (муфты) для ступенчатого цементирования эксплуатационных колонн, широко применявшихся в зарубежной и отечественной практике типа МСЦ-1 и МЦН-2 (1). Однако эти муфты имею три принципиальных недостатка, не позволяющих их применять в скважинах с большими углами наклона и горизонтальных скважинах: муфты имеют неравнопроходное сечение, т.е. внутренний диаметр муфты существенно меньше внутреннего диаметра обсадной (эксплуатационной) колонны, поэтому при спуске насосно-компрессорных труб в скважины их муфты приходят в зацепление со втулкой-заслонкой МСЦ-1 или МСЦ-2; что зачастую приводит к аварийной ситуации; в указанных муфтах открытие заливочных отверстий производится путем сбрасывания "падающей" пробки ("бомбы"), в этом случае большого угла наклона (более 25-30^o) падающая пробка не садится на седло муфты, заливочные отверстия не открываются и муфта не срабатывает; при разбуривании возможны вращения втулки-заслонки и разгерметизация ее резиновых уплотнительных элементов.Known devices (couplings) for step cementing production casing, widely used in foreign and domestic practice, such as MSC-1 and MCN-2 (1). However, these couplings have three fundamental drawbacks that do not allow them to be used in wells with large angles of inclination and horizontal wells: the couplings have an uneven cross section, i.e. the inner diameter of the coupling is significantly smaller than the inner diameter of the casing (production) string, therefore, when lowering the tubing into the wells, their couplings mesh with the damper sleeve MSC-1 or MSC-2; which often leads to an emergency; in these couplings, the opening of the filling holes is made by dropping the "falling" plug ("bomb"), in this case a large angle of inclination (more than 25-30 ^o ) the falling plug does not sit on the coupling seat, the filling holes do not open and the coupling does not work; when drilling, rotation of the damper sleeve and depressurization of its rubber sealing elements are possible.

Более совершенными, но обладающими теми же или одним из вышеуказанных недостатков обладают устройства по: авт. св. СССР 1006722, А кл. Е 21 В 33/14, опубл. 23.03.83 в Бюл. N 11; 732498, кл. Е 21 В 33/14, опубл. 05.05.80 ш. бюл. N 17, 17.07.87, А 1 кл. Е 21 В 33/14, опубл. 21.01.92. Бюл. N 3, авт. св. ПАТ Российской Федерации 2004777 С 1 (51) 5 Е 21 В 33/14, опубл. 15.12.92 г. бюл. N 45-46. More perfect, but having the same or one of the above disadvantages have devices according to: ed. St. USSR 1006722, A class. E 21 B 33/14, publ. 03/23/83 in Bul. N 11; 732498, cl. E 21 B 33/14, publ. 05.05.80 sh. bull. N 17, 07.17.87, A 1 cl. E 21 B 33/14, publ. 01/21/92. Bull. N 3, ed. St. PAT of the Russian Federation 2004777 C 1 (51) 5 E 21 B 33/14, publ. 12/15/92, bull. N 45-46.

Наиболее близким аналогом (прототипом), муфты для ступенчатого цементирования обсадной колонны по авт. св. СССР N 1694861 А1 кл. Е 21 В 33/14, опубл. 30.11.91 г. бюл. N 44. The closest analogue (prototype), couplings for stepped casing cementing according to ed. St. USSR N 1694861 A1 class. E 21 B 33/14, publ. November 30, 91 bull. N 44.

1. Указанная муфта для ступенчатого цементирования обсадной колонны, включающая корпус с циркуляционными отверстиями, и установленными в них пробками, упором для закрывания втулки, установленной внутри корпуса, посадочную втулку под разделительную пробку. 1. The specified coupling for stepped casing cementing, including a housing with circulation holes and plugs installed in them, an emphasis to close the sleeve installed inside the housing, a landing sleeve under the separation plug.

Эта муфта имеет следующие недостатки: внутреннее сечение муфты меньше внутреннего сечения обсадной колонны за счет заслонки, закрывающей заливочные отверстия; это препятствует нормальному спуску насосно-компрессорных труб в наклонных скважинах; давление разрыва обоймы, как правило, нестабильное (нельзя четко установить необходимое давление открытия заливочных отверстий, за счет растягивания обоймы, разгерметизации пробки, чему способствует его конусность и начало утечки жидкости через заливочные отверстия до завершения цементирования первой ступени и открытия заливочных отверстий; при разбуривании цемента внутри муфты возможна разгерметизация колонн за счет разрушения заслонки, выступающей внутри колонны. This coupling has the following disadvantages: the internal section of the coupling is smaller than the internal section of the casing due to the shutter that closes the filling holes; this prevents the normal descent of tubing in deviated wells; the rupture pressure of the cage is usually unstable (it is impossible to clearly establish the necessary opening pressure of the filling holes due to the extension of the cage, depressurization of the cork, which is facilitated by its taper and the beginning of fluid leakage through the filling holes until cementing of the first stage and opening of the filling holes; when drilling cement Depressurization of the columns is possible inside the coupling due to the destruction of the damper protruding inside the column.

Для надежной работы муфты при цементировании наклонных и горизонтальных скважин в различных геолого-физических условиях (различных давлений открытая муфта) необходимо четкое открытие ее циркуляционных отверстий при заданном давлении, исключить разгерметизацию муфты при разбуривании цементного стакана внутри колонны, предотвратить зацепление о муфту насосно-компрессорных труб и иного скважинного оборудования при их спуске в скважину и подъеме на поверхность. For reliable operation of the coupling when cementing deviated and horizontal wells in various geological and physical conditions (various pressures, open coupling), it is necessary to clearly open its circulation holes at a given pressure, to eliminate the leakage of the coupling when drilling a cement cup inside the string, to prevent the tubing from engaging on the coupling and other downhole equipment when they descend into the well and rise to the surface.

Указанная задача достигается в предлагаемом изобретении за счет следующих технических решений. This problem is achieved in the present invention due to the following technical solutions.

Муфта для ступенчатого цементирования обсадных колонн, включающая корпус с упором и циркуляционными отверстиями, закрытыми заглушками, заслонку, помещенную внутри корпуса, и продавочную пробку, отличающаяся тем, что заглушки зафиксированы в циркуляционных отверстиях сменными тарированными срезными шпильками и имеют уплотнительные кольца, а заслонка выполнена в виде герметизирующей обоймы с внутренним диаметром, равным внутреннему диаметру обсадной колонны, имеет зафиксированное внутри нее посадочное кольцо из легкоразбуриваемого материала и шариковый фиксатор относительно корпуса, причем заслонка и упор выполнены с взаимоответными пазами и выступами. Coupling for step-wise cementing of casing strings, including a body with a stop and circulation holes closed by plugs, a shutter placed inside the body, and a squeezing plug, characterized in that the plugs are fixed in the circulation holes with replaceable calibrated shear pins and have sealing rings, and the shutter is made in in the form of a sealing sleeve with an inner diameter equal to the inner diameter of the casing string, has a fixed ring of easily drilled inside it Container material and ball retainer relative to the housing, wherein the damper and the abutment are configured vzaimootvetnymi grooves and protrusions.

На фиг.1 показано устройство муфты в тpанспортном положении в компоновке обсадной колонны; на фиг.2 муфта после заливки II ступени. Муфта состоит из корпуса 1, в котором имеются два отверстия 2 закрытые цилиндрическими пробками 3 с уплотнением 4, срезныхтарированных шпилек 5, стальной заслонки 6, прикрепленной к корпусу с помощью срезных шпилек 7, разбуриваемая втулка для посадки продавочной пробки второй ступени 8, соединенная со стальной заслонкой с помощью шпилек 9, продавочной пробки 10 с разбуриваемой посадочной плитой 11, запорного шарового замка 12 для фиксации заслонки после закрытия заливочных отверстий. Заслонка 6 и упор 13 имеют ответные пазы 1 и выступы 15 для предупреждения проворачивания заслонки при разбуривании втулки 8. Проходящая через втулку 8 продавочная пробка первой ступени не показана на рисунке. В качестве таковой могут быть использованы известные пробки. Figure 1 shows the device coupling in the transport position in the layout of the casing; figure 2 coupling after pouring stage II. The coupling consists of a housing 1, in which there are two holes 2 closed by cylindrical plugs 3 with a seal 4, sheared studs 5, a steel shutter 6 attached to the housing by means of shear studs 7, a drillable bushing for seating a squeezing plug of the second stage 8, connected to steel the shutter with the help of studs 9, a squeeze plug 10 with a drillable landing plate 11, a ball lock 12 to fix the shutter after closing the filling holes. The damper 6 and the stop 13 have reciprocal grooves 1 and protrusions 15 to prevent the flapper from turning when drilling the sleeve 8. The first-stage drive plug passing through the sleeve 8 is not shown. As such, known corks may be used.

Муфта работает следующим образом. Затворяют, закачивают в скважину и продавливают цементный раствор первой ступени, получают давление "стоп" первой ступени, затем повышают давление заданного для среза шпилек при этом шпильки 15 срезаются, пробка 3 выпадает и открываются циркуляционные отверстия 2, производится срезка излишков цементного раствора и вымывание их на поверхность, затем готовится и закачивается в скважину цементный раствор второй ступени, при завершении операции заливки продавочная пробка 10 с плитой 11 садится на заслонку 6 и втулку 8, при дальнейшем повышении давления до заданного срезаются шпильки 7 и заслонка 6, продвигаясь вниз до упора 13, входит в зацепление, закрывает заливочные отверстия 2, срабатывает шаровой замок 12. После получения давления "стоп" второй ступени скважина оставляется на затвердевание цемента. После затвердевания цемента втулка (обойма 8 со штифтами 9 и продавочная пробка 10 с плитой 11 разбуриваются). The coupling operates as follows. They shut, pump into the well and push the cement mortar of the first stage, get the stop pressure of the first stage, then increase the pressure of the studs set for cutting, while the studs 15 are cut off, the plug 3 drops out and the circulation holes 2 open, the excess cement mortar is cut and washed out to the surface, then the second stage cement mortar is prepared and pumped into the well, at the completion of the pouring operation, the squeezing plug 10 with the plate 11 sits on the shutter 6 and the sleeve 8, with a further increase in phenomenon are cut to a predetermined pin 7 and valve 6, moving down until abutment 13 engages and closes the fill opening 2, triggered locking ball 12. Upon receiving pressure "stop" of the second stage is left in the well cement solidification. After the cement has hardened, the sleeve (holder 8 with pins 9 and squeezing plug 10 with plate 11 are drilled).

Заявляемая муфта проста и надежна в работе, усложнению технологического цикла не способствует. The inventive coupling is simple and reliable, does not contribute to the complexity of the technological cycle.

Claims

1. Coupling for step-wise cementing of casing strings, including a casing with a stop and circulation openings closed by plugs, a shutter placed inside the casing, and a squeezing plug, characterized in that the plugs are fixed in the circulation holes with replaceable calibrated shear pins and have o-rings, and the shutter made in the form of a sealing sleeve with an inner diameter equal to the inner diameter of the casing string, has a fixed ring of easily drilled inside material and ball retainer relative to the housing.

2. The coupling according to claim 1, characterized in that the damper and stop are made with reciprocal grooves and protrusions.