RU2137907C1

RU2137907C1 - Device for regulated delivery of drilling mud or cement slurry

Info

Publication number: RU2137907C1
Application number: RU98110865A
Authority: RU
Inventors: В.Ю. Близнюков; Ю.Н. Близнюков
Original assignee: НПФ "Дриллтест" Лтд.
Priority date: 1998-06-05
Filing date: 1998-06-05
Publication date: 1999-09-20

Abstract

FIELD: oil and gas production industry. SUBSTANCE: device is intended for strengthening of oil and gas wells, especially in lowering casing strings into wells. Device has body and rigidly secured to body is throttle valve which is made in the form of disk with peripheral holes covered by spring-biased strip. Installed in central passage of disk is spring-biased bush with axial passage and side openings, and dividing plug with lower end-face. Device is provided with spare member in the form of bush. This spare member is rigidly fastened to lower surface of strip and it closes side openings in bush. External surface of dividing plug has circular bores. Seated in these circular bores are sealing rings and spring-biased spare rings. Spring-biased bush has blind upper end-face. When dividing plug is in working position, locking ring is partially seated in circular bore. It is made in internal surface of body. Blind end-face of spring-biased bush is located so as to interact with lower end-face of separating plug. Application of aforesaid embodiment of device allows for higher reliability in self-filling of casing string during its lowering into well. EFFECT: higher efficiency. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам, применяемым при креплении нефтяных и газовых скважин обсадными колоннами и предназначено для автоматического самозаполнения обсадной колонны буровым раствором, уменьшения гидродинамического давления на стенки скважины, снижения веса колонны обсадных труб и предотвращения обратного движения бурового или цементного раствора из затрубного пространства в колонну. The invention relates to devices used for attaching oil and gas wells with casing strings and is intended for automatic self-filling of the casing string with a drilling fluid, reducing the hydrodynamic pressure on the walls of the well, reducing the weight of the casing strings and preventing the backward movement of the drilling or cement slurry from the annulus into the string.

Известно устройство для перекрытия бурового или цементного раствора, содержащее корпус седла, ограничитель для шара с центральным каналом и периферийными отверстиями, эластичную перегородку и дроссель [1]. A device for blocking a drilling or cement mortar, comprising a seat body, a limiter for a ball with a Central channel and peripheral holes, an elastic partition and a throttle [1].

Основными недостатками известного устройства являются невозможность поддержания постоянного уровня бурового раствора в обсадной колонне и обеспечения постоянного давления на стенки ствола скважины при ее спуске из-за постоянного сечения периферийных отверстий дросселя, через которые поступает буровой раствор в колонну. The main disadvantages of the known device are the inability to maintain a constant level of drilling fluid in the casing and to maintain constant pressure on the walls of the wellbore during its descent due to the constant cross-section of the peripheral holes of the throttle through which the drilling fluid enters the string.

Наиболее близким техническим решением является устройство для перекрытия бурового или цементного раствора, содержащее корпус с размещенным в нем седлом под шаровой затвор, расположенный под седлом дроссель в виде диска с периферийными отверстиями, подпружиненную пластину, перекрывающую периферийные отверстия диска, и подпружиненную втулку с центральным осевым каналом и боковыми окнами в верхней части, установленную в центральном канале диска [2]. The closest technical solution is a device for shutting off drilling or cement mortar, comprising a housing with a seat located under it for a ball valve, a throttle in the form of a disk with peripheral holes located under the saddle, a spring-loaded plate overlapping the peripheral holes of the disk, and a spring-loaded sleeve with a central axial channel and side windows at the top, mounted in the central channel of the disk [2].

Недостатком известного устройства является невозможность заполнения буровым раствором обсадной колонны или секции при их спуске в скважину, поскольку буровой раствор уходит в затрубное пространство через осевой канал и боковые окна втулки. A disadvantage of the known device is the inability to fill the casing or section with the drilling fluid when they are lowered into the well, since the drilling fluid goes into the annulus through the axial channel and the side windows of the sleeve.

Кроме того, основным недостатком известного устройства является невозможность заполнения буровым раствором секции обсадной колонны после промежуточной промывки, т.к. шар разместится между дросселем и гнездом и при дальнейшем ее спуске перекроет канал для поступления бурового раствора в колонну. Следовательно, в дальнейшем обсадную колонну или секцию при спуске следует периодически заливать буровым раствором с устья скважины. In addition, the main disadvantage of the known device is the inability to fill the mud section of the casing after intermediate washing, because the ball will be placed between the throttle and the socket and, upon further descent, it will block the channel for the drilling fluid to enter the string. Therefore, in the future, the casing or section during descent should be periodically poured with drilling mud from the wellhead.

В процессе промежуточных промывок скважины и цементирования колонны биметаллический шар известного устройства зачастую размывается буровым раствором и вследствие этого не обеспечивается герметичность устройства после цементирования. Поэтому происходит обратный переток цементного раствора в скважину. In the process of intermediate flushing the well and cementing the column, the bimetallic ball of the known device is often eroded by the drilling fluid and, as a result, the tightness of the device after cementing is not ensured. Therefore, the cement flows back into the well.

Задачей изобретения является повышение надежности самозаполнения обсадной колонны или ее секции при спуске и промежуточных промывках буровым раствором, улучшение регулирования процесса цементирования и перекрытия затрубного пространства скважины после цементирования. The objective of the invention is to increase the reliability of self-filling of the casing string or its section during descent and intermediate flushing with drilling fluid, improving the regulation of the cementing process and overlapping the annulus of the well after cementing.

Поставленная задача достигается тем, что в известном устройстве для перекрытия бурового или цементного раствора, содержащем корпус, жестко закрепленный к корпусу дроссель в виде диска с перекрываемыми подпружиненной пластиной периферийными отверстиями, установленную в центральном канале диска подпружиненную втулку с осевым каналом и боковыми окнами в верхней части, частично перекрываемыми диском в исходном положении, и разделительную пробку с нижним торцем, для решения задачи оно имеет запорный элемент в виде втулки, который жестко закреплен к нижней поверхности пластины и перекрывает боковые окна подпружиненной втулки, также имеет уплотнительное кольцо и пружинное запорное кольцо, которые установлены в кольцевых проточках разделительной пробки, пружинное запорное кольцо при этом одновременно расположено во внутренней проточке корпуса, а нижний торец разделительной пробки взаимодействует с заглушенным торцем подпружиненной втулки. Разделительная пробка может иметь центральный канал или глухой нижний торец. This object is achieved in that in the known device for shutting off drilling or cement mortar, comprising a housing, a throttle in the form of a disk with peripheral openings blocked by a spring plate, a spring-loaded sleeve with an axial channel and side windows in the upper part mounted in the central channel of the disk partially overlapped by the disk in the initial position, and the separation plug with the lower end, for solving the problem, it has a locking element in the form of a sleeve, which is rigidly it is attached to the bottom surface of the plate and overlaps the side windows of the spring-loaded sleeve, also has a sealing ring and a spring locking ring that are installed in the annular grooves of the separation tube, the spring locking ring is simultaneously located in the inner groove of the housing, and the lower end of the separation tube interacts with the plugged end spring loaded bushings. The separation plug may have a central channel or a blind bottom end.

Техническим результатом является совмещение процесса спуска обсадной колонны или секции с заливкой их буровым раствором. The technical result is the combination of the process of lowering the casing or section with their filling with drilling fluid.

Это достигается за счет того, что боковые окна подпружиненной втулки полностью открыты для прохождения бурового раствора запорным элементом. This is achieved due to the fact that the side windows of the spring-loaded sleeve are fully open for the passage of drilling fluid shut-off element.

Техническим результатом является также достижение непрерывности процесса цементирования за счет того, что отсутствует шар, который необходимо пускать перед заливкой цементного раствора и спуск которого неуправляем. The technical result is also the achievement of continuity of the cementing process due to the fact that there is no ball that must be started before pouring the cement mortar and the descent of which is uncontrollable.

Техническим результатом является также ускорение заполнения обсадной колонны или секции буровым раствором. The technical result is also the acceleration of filling the casing or section of the drilling fluid.

Это достигается за счет того, что при спуске секции обсадной колонны разделительная пробка имеет центральный канал, через который беспрепятственно проходят буровой раствор и заполняет ее внутреннее пространство. This is achieved due to the fact that during the descent of the casing string section, the separation plug has a central channel through which the drilling fluid passes freely and fills its internal space.

При спуске сплошной обсадной колонны разделительная пробка имеет меньший диаметр и выполнена с глухим нижним торцем. При движении вниз она действует как поршень, продавливая буровой раствор и тем самым ускоряя заполнение внутренней полости колонны. During the descent of a continuous casing, the separation plug has a smaller diameter and is made with a blind bottom end. When moving down, it acts like a piston, pushing through the drilling fluid and thereby accelerating the filling of the internal cavity of the column.

Техническим результатом является также более высокая герметичность перекрытия цементного раствора. The technical result is also a higher tightness of the overlap of the cement mortar.

Это достигается благодаря фиксации разделительной пробки пружинным запорным кольцом, нижний торец которой взаимодействует с заглушенным торцем подпружиненной втулки, обеспечивается фиксация этой втулки в заданном положении и за счет того, что уплотнительное кольцо не поддается коррозии и надежно перекрывает внутритрубное пространство. This is achieved by fixing the separation plug with a spring locking ring, the lower end of which interacts with the muffled end of the spring-loaded sleeve, this sleeve is fixed in a predetermined position and due to the fact that the sealing ring is not susceptible to corrosion and reliably overlaps the tube space.

На фиг. 1 показано устройство для перекрытия бурового или цементного раствора, а на фиг. 2 фиксация разделительной пробки при цементировании сплошной обсадной колонны. Устройство для перекрытия бурового или цементного раствора состоит из корпуса 1. К корпусу 1 жестко закреплен дроссель в виде диска 2 с периферийными отверстиями 3. Отверстия 3 перекрыты пластиной 4, которая находится под воздействием пружины 5. В центральном канале диска 2 установлена втулка 6, которая находится под воздействием пружины 5. Осевой канал 7 втулки 6 в верхней части перекрыт заглушкой 8. Втулка 6 имеет боковые окна 9. Окна 9 частично перекрыты диском 2 и запорным элементом 10 в виде втулки. Запорный элемент 10 жестко закреплен к нижней поверхности пластины 4. Разделительная пробка 11 имеет нижний торец, а также уплотнительное кольцо 12, которое расположено в кольцевой проточке 13, и пружинное запорное кольцо 14, которое размещено в кольцевой проточке 15. Запорное кольцо 14 также расположено и в кольцевой проточке 16, расположенной на внутренней поверхности корпуса 1. Пробка 11 может иметь центральный канал 17 или заглушку 18, перекрывающую канал 17. In FIG. 1 shows a device for shutting off drilling or cement slurry, and FIG. 2 fixation of the separation plug during cementing of a continuous casing string. A device for shutting off drilling or cement mortar consists of a housing 1. A throttle in the form of a disk 2 with peripheral holes 3 is rigidly fixed to the housing 1. The holes 3 are blocked by a plate 4, which is under the influence of a spring 5. A sleeve 6 is installed in the central channel of the disk 2, which is under the influence of the spring 5. The axial channel 7 of the sleeve 6 in the upper part is blocked by a plug 8. The sleeve 6 has side windows 9. The windows 9 are partially covered by a disk 2 and a locking element 10 in the form of a sleeve. The locking element 10 is rigidly fixed to the lower surface of the plate 4. The separation tube 11 has a lower end, as well as a sealing ring 12, which is located in the annular groove 13, and a spring locking ring 14, which is located in the annular groove 15. The locking ring 14 is also located and in the annular groove 16 located on the inner surface of the housing 1. The plug 11 may have a Central channel 17 or a plug 18, overlapping the channel 17.

Работа устройства. The operation of the device.

Корпус 1 устанавливается в муфте между торцами обсадных труб вместо упорного кольца "стоп" или в нижней части обсадной колонны. Пластина 4 прижата к диску 2 пружиной 5 и давлением бурового раствора, создаваемого во время спуска обсадной колонны или ее секции. Периферийный отверстия 3 при этом перекрыты пластиной 4. При повышении давления бурового раствора, связанного с увеличением скорости спуска, втулка 6 поднимается вверх, а боковые окна 9 соединят заколанное пространство с внутриколонным, и через них буровой раствор будет поступать внутрь обсадной колонны или ее секции. В случае уменьшения давления бурового раствора, связанного с уменьшением скорости спуска или остановкой, под действием пружины 5 втулка 6 опустится вниз и перекроет обратный переток бурового раствора из колонного пространства в заколонное, поскольку окна 9 будут закрыты диском 2 и запорным элементом 10. The housing 1 is installed in the coupling between the ends of the casing instead of the stop ring "stop" or at the bottom of the casing. The plate 4 is pressed against the disk 2 by a spring 5 and the pressure of the drilling fluid created during the descent of the casing string or its section. In this case, the peripheral openings 3 are blocked by the plate 4. When the drilling fluid pressure increases, which is associated with an increase in the descent speed, the sleeve 6 rises and the side windows 9 connect the pinned space to the casing, and through them the drilling fluid will enter the casing or its section. In the case of a decrease in the drilling fluid pressure associated with a decrease in the speed of descent or stop, under the action of the spring 5, the sleeve 6 will lower and block the reverse flow of the drilling fluid from the column space into the annular space, since the windows 9 will be closed by the disk 2 and the shut-off element 10.

Таким образом, при последующих колебаниях давления бурового раствора, связанных с уменьшением скорости спуска или остановках, буровой раствор будет накапливаться во внутриколонном пространстве. Это повысит надежность самозаполнения внутриколонного пространства во время спуска обсадной колонны или секции буровым раствором. Thus, with subsequent fluctuations in the pressure of the drilling fluid, associated with a decrease in the speed of descent or stops, the drilling fluid will accumulate in the annulus. This will increase the reliability of the self-filling of the annulus during the lowering of the casing or section with drilling fluid.

При проведении промежуточной промывки под воздействием давления бурового раствора пластина 4 опустится вниз и откроет отверстие 3. Через них будет производиться циркуляция бурового раствора. When conducting an intermediate flushing under the influence of the pressure of the drilling fluid, the plate 4 will lower down and open the hole 3. Through them, the drilling fluid will circulate.

После спуска обсадной колонны или ее секции до намеченной глубины скважину промывают, а затем закачивают цементный раствор и пускают разделительную пробку 11. Процесс цементирования идет непрерывно, поскольку отсутствует сбросовый шар, который должны пускать перед заливкой цементного раствора в известных конструкциях устройств. Задержка с заливкой цементного раствора может ухудшить качество цементирования из-за начала схватывания цемента. After lowering the casing string or its section to the intended depth, the well is washed, and then the cement mortar is pumped and the separation plug 11 is launched. The cementing process is continuous, since there is no discharge ball that must be let in before the cement mortar is poured in known device designs. Delay in grouting may impair cementing quality due to the onset of cement setting.

При достижении корпуса 1 пробка 11 закрепится в нем запорным кольцом 14 через проточку 16, а уплотнительным кольцом 12 перекроет внутритрубное пространство. Материал уплотнительного кольца 12 не подвержен коррозии от воздействия бурового раствора, поэтому будет обеспечена высокая герметичность перекрытия. Закрепленная таким образом в корпусе 1 пробка 11 своим нижним торцем зафиксирует втулку 6 в определенном заданном положении, при котором окна 9 будут перекрыты диском 2 и запорным элементом 10, а окна 3 пластиной 4. Upon reaching the housing 1, the plug 11 will be fixed in it with a locking ring 14 through the groove 16, and the sealing ring 12 will block the in-tube space. The material of the o-ring 12 is not susceptible to corrosion from the influence of the drilling fluid, therefore, a high tightness of the overlap will be ensured. Thus fixed in the housing 1, the plug 11 with its lower end will fix the sleeve 6 in a certain predetermined position, in which the windows 9 will be blocked by the disk 2 and the locking element 10, and the window 3 by the plate 4.

В случае спуска в скважину хвостовика секции используют разделительную пробку 11 с центральным каналом 17. Цементный или буровой раствор прокачивают через пробку 11, поскольку сечение канала 17 позволяет это делать. В этом случае дополнительно используют продавочную пробку, перекрывающую канал 17. If the section liner is lowered into the well, a separation plug 11 with a central channel 17 is used. A cement or drilling fluid is pumped through the plug 11, since the cross section of the channel 17 allows this. In this case, a squeeze plug overlapping channel 17 is additionally used.

При спуске в скважину сплошной обсадной колонны используют пробку 11 с заглушенным в нижней части каналом 17 заглушкой 18. При прокачке цементного или бурового раствора пробка 11, подобно поршню, выдавливает раствор к основанию скважины, ускорая процесс самозаполнения колонны или цементирования. When lowering a continuous casing string into the well, a plug 11 is used with a plug 18 plugged in the lower part of the channel 17. When pumping cement or drilling mud, plug 11 extrudes the solution to the base of the well, like a piston, accelerating the process of self-filling of the string or cementing.

Источники информации:
1. SU, N 1248683, Кл. E 21 B 91/10, опубл. 1984 г.Sources of information:
1. SU, N 1248683, CL. E 21 B 91/10, publ. 1984 year

2. SU, N 1218078, Кл. E 21 B 34/10, опубл. 1986 г. 2. SU, N 1218078, Cl. E 21 B 34/10, publ. 1986 year

Claims

1. A device for shutting off drilling or cement mortar, comprising a housing, a throttle in the form of a disk with peripheral openings blocked by a spring plate, a spring-loaded sleeve with an axial channel and side windows in the upper part partially overlapping by the disk and the original position, and a separation plug with a lower end, characterized in that it is equipped with a locking element in the form of a sleeve, rigidly fixed to the bottom surface of the plate and cross the side windows of the spring-loaded sleeve, the sealing and spring locking rings installed in the annular grooves made on the outer surface of the separation plug, and the spring-loaded sleeve is made with a blind upper end, and the locking ring when the separation plug is in the working position is partially located in the annular groove made on the inner the surface of the housing, and the blind end of the spring sleeve is located with the possibility of interaction with the lower end of the separation tube.

2. The device according to claim 1, characterized in that the separation tube is made with a central channel.

3. The device according to claim 1, characterized in that the separation tube is made with a blind bottom end.