RU2183723C2 - Устройство для цементирования обсадной колонны - Google Patents

Устройство для цементирования обсадной колонны Download PDF

Info

Publication number
RU2183723C2
RU2183723C2 RU2000112432/03A RU2000112432A RU2183723C2 RU 2183723 C2 RU2183723 C2 RU 2183723C2 RU 2000112432/03 A RU2000112432/03 A RU 2000112432/03A RU 2000112432 A RU2000112432 A RU 2000112432A RU 2183723 C2 RU2183723 C2 RU 2183723C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
conical
ring
casing
cylindrical
elastic
Prior art date
Application number
RU2000112432/03A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2000112432A (ru
Inventor
К.М. Тагиров
А.Н. Гноевых
Н.И. Крохмаль
ховой С.Д. Шл
С.Д. Шляховой
В.А. Бахарцев
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Северо-Кавказский научно-исследовательский проектный институт природных газов" Открытого акционерного общества "Газпром"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Северо-Кавказский научно-исследовательский проектный институт природных газов" Открытого акционерного общества "Газпром" filed Critical Открытое акционерное общество "Северо-Кавказский научно-исследовательский проектный институт природных газов" Открытого акционерного общества "Газпром"
Priority to RU2000112432/03A priority Critical patent/RU2183723C2/ru
Publication of RU2000112432A publication Critical patent/RU2000112432A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2183723C2 publication Critical patent/RU2183723C2/ru

Links

Images

Landscapes

  • Earth Drilling (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области строительства нефтяных и газовых скважин, в частности к устройствам для разделения прокачиваемых жидкостей. Обеспечивает повышение качества цементирования обсадной колонны за счет исключения износа эластичных манжет, четкого расчета длины самой пробки и фиксации наконечника пробки в стоп-кольце. Сущность изобретения: устройство содержит цементировочную пробку с жестким сердечником. На нем закреплены эластичные манжеты и наконечник. Нижняя часть наконечника выполнена конической. А в цилиндрической части он снабжен проточкой под разрезное пружинное кольцо. Наружная часть кольца выполнена под углом 25-30о относительно верхней поверхности посадочного конуса наконечника. Наконечник снабжен в верхней части посадочным конусом. Конус контактирует с верхней конической внутренней проточкой стоп-кольца. Также он снабжен в цилиндрической части проточкой. В проточке установлено уплотнительное кольцо. Кольцо входит в ответную нижнюю цилиндрическую внутреннюю проточку стоп-кольца. Стоп-кольцо имеет верхнюю коническую, среднюю и нижнюю цилиндрическую внутренние проточки. Диаметр средней цилиндрической внутренней проточки меньше диаметра нижней цилиндрической внутренней проточки. Все конические элементы каждой эластичной манжеты выполнены раздельными. Они имеют выступы и ответные пазы в нижней и верхних цилиндрических частях соответственно. Нижняя и верхняя эластичные манжеты имеют аналогичные соединения с верхней поверхностью посадочного конуса наконечника и фланцем соответственно. Длину наружной вертикальной конической части эластичной манжеты определяют по эмпирической формуле. Общую длину сборных эластичных манжет, контактирующих с обсадной трубой, определяют по эмпирической формуле. 3 ил.

Description

Изобретение относится к области строительства нефтяных и газовых скважин, в частности к устройствам для разделения прокачиваемых жидкостей.
Анализ существующего уровня показал следующее: известно устройство для цементирования обсадной колонны, содержащее собственно монолитную цементировочную резиновую пробку, заодно с которой выполнена фиксирующая головка в виде двойного усеченного конуса, а также металлическое упорное кольцо, на нижнем торце которого выполнена кольцевая проточка, и клапан для регулирования заполнения обсадной колонны, шарнирно прикрепленный к упорному кольцу (а.с. 690163 от 26.12.72 г. по кл. Е 21 В 33/16, опубл. в ОБ 37, 1979 г.).
Недостатком известной конструкции является некачественное цементирование обсадной колонны, обусловленное негерметичностью крепления наконечника резиновой пробки и металлического упорного кольца. Подобная конструкция не может выдержать перепада давления, которое образуется вследствие разницы плотностей тампонажного и бурового растворов. Отсутствие стержня в наконечнике приводит к сжатию последнего и смещению его вверх над упорным кольцом. Более того, монолитная резиновая цементировочная пробка сложна в изготовлении, т.к. требует большую по размерам пресс-форму. К тому же, элементы резиновой пробки, перемещающиеся по колонне обсадных труб, истираются в их стыках, что приводит к негерметичности эластичных элементов при посадке пробки в упорное кольцо. Нерегулируемая общая длина эластичных манжет может привести в случае ее малой величины к негерметичности элементов пробки, а в случае большой длины - неразмещению последней в стандартной цементировочной головке;
известно устройство для цементирования обсадной колонны, содержащее стержень, на котором закреплены монолитные резиновые элементы цементировочной пробки, заодно с которой выполнена фиксирующая головка, имеющая конусную внутреннюю поверхность, ответную конусной поверхности упорного кольца, а также собственно металлическое упорное кольцо, размещенное между стыками обсадных труб, отверстие в котором рассчитывают исходя из математического соотношения (см. а.с. 1177454 от 12.12.83 г. по кл. Е 21 В 33/13, опубл. в ОБ 33, 1985 г.).
Недостатком известной конструкции является некачественное цементирование обсадной колонны, обусловленное отсутствием крепления фиксирующей головки в упорном кольце. Подобная конструкция не может выдержать перепады давления, которое образуется вследствие разницы плотностей тампонажного и бурового растворов. Монолитное выполнение резиновых элементов пробки сложно в изготовлении, т.к. требует большую по размерам пресс-форму. К тому же, резиновые элементы пробки, перемещающиеся по колонне обсадных труб, истираются в их стыках, что приводит к негерметичности эластичных элементов при посадке пробки в упорное кольцо. Нерегулируемая общая длина эластичных манжет может привести в случае ее малой величины к негерметичности элементов пробки, а в случае большой длины - неразмещению последней в стандартной цементировочной головке. Кроме того, установка упорного кольца между стыками обсадных труб приведет к негерметичности свинчиваемых резьбовых соединений, т.к. теоретически добиться расчета толщины паза под торец упорного кольца невозможно. Поэтому резьбовое соединение верхней трубы будет негерметично;
в качестве прототипа взято устройство для цементирования обсадной колонны, содержащее собственно цементировочную пробку, включающую жесткий сердечник, на котором закреплены монолитные эластичные манжеты и наконечник, снабженный в верхней части посадочным (усеченным) конусом, контактирующим с верхней конической внутренней проточкой стоп-кольца (седла), в цилиндрической части - проточкой, в которой установлено уплотнительное кольцо, при этом нижняя часть наконечника выполнена конической (а.с. 578440 от 22.01.75 г. по кл. Е 21 В 33/16, опубл. в ОБ 40, 1977 г.). Стоп-кольцо имеет верхнюю коническую и нижнюю цилиндрическую внутренние проточки.
Недостатком известной конструкции является некачественное цементирование обсадной колонны, обусловленное отсутствием крепления наконечника с упорным кольцом. Подобная конструкция не может выдержать перепада давления, которое образуется вследствие разницы плотностей тампонажного и бурового растворов. Более того, монолитное выполнение эластичных манжет пробки сложно в изготовлении, т. к. требует большие размеры пресс-формы. К тому же, эластичные манжеты пробки, перемещающейся по колонне обсадных труб, истираются в их стыках, что приводит к негерметичности эластичных манжет при посадке пробки в упорное кольцо. Нерегулируемая общая длина эластичных манжет также может привести в случае ее малой величины к негерметичности элементов пробки, а в случае большой длины - неразмещению последней в стандартной цементировочной головке.
Технический результат, который может быть получен при осуществлении предлагаемого изобретения, сводится к следующему:
повышается качество цементирования обсадной колонны за счет исключения износа эластичных манжет, четкого расчета длины самой пробки и фиксации наконечника пробки в стоп-кольце.
Технический результат достигается с помощью известного устройства для цементирования обсадной колонны, содержащего цементировочную пробку, включающую жесткий сердечник, на котором закреплены эластичные манжеты и наконечник, снабженный в верхней части посадочным конусом, контактирующим с верхней конической внутренней проточкой стоп-кольца, в цилиндрической части - проточкой, в которой установлено уплотнительное кольцо, при этом нижняя часть наконечника выполнена конической, и стоп-кольца, имеющее верхнюю коническую и нижнюю цилиндрическую внутренние проточки, в котором конические элементы каждой эластичной манжеты выполнены раздельными, имеющими выступы и ответные пазы в нижней и верхней цилиндрических частях соответственно, а нижняя и верхняя эластичные манжеты имеют аналогичные соединения с верхней поверхностью посадочного конуса наконечника и фланцем соответственно, причем длину наружной вертикальной конической части эластичной манжеты определяют по формуле
l=nb+к
где l - длина наружной вертикальной конической части эластичной манжеты, мм;
n - количество стыков обсадных труб, которые проходит каждая эластичная манжета в абразивном буровом и тампонажном растворах, шт.;
b - величина износа каждой наружной вертикальной конической части эластичной манжеты, мм;
к - коэффициент запаса, равный 1,0-1,5,
а общую длину сборных эластичных манжет, контактирующих с обсадной трубой, без учета внешней конической высоты нижней эластичной манжеты определяют по формуле
L=1,1 D,
где L - общая длина сборных эластичных манжет, контактирующих с обсадной трубой, без учета внешней конической высоты нижней эластичной манжеты, мм;
D - наружный диаметр обсадной трубы, мм,
причем стоп-кольцо дополнительно снабжено средней цилиндрической внутренней проточкой, диаметр которой меньше диаметра нижней цилиндрической внутренней проточки, а наконечник цементировочной пробки в цилиндрической части дополнительно снабжен проточкой, в которой установлено разрезное пружинное кольцо, причем его наружная нижняя часть выполнена под углом 25-30o относительно верхней поверхности посадочного конуса наконечника, входящее в ответную нижнюю цилиндрическую внутреннюю проточку стоп-кольца, а верхняя внутренняя коническая проточка стоп-кольца выполнена под углом 25-30o.
Анализ изобретательского уровня показал следующее: известно раздельное крепление на сердечнике эластичных манжет разделительной пробки (см. а.с. 1046482 от 22.06.82 г. по кл. Е 21 В 33/16, опубл. в ОБ 37, 1983 г.), а также с их частичным поджатием: нижним и верхним (а.с. 1452939 от 18.09.86 г. по кл. Е 21 B 33/16, опубл. в ОБ 3, 1989 г.; а.с. 1114781 от 07.09. 84 г. по кл. Е 21 В 33/16, опубл. в ОБ 35, 1984 г.; а.с. 1795085 от 21.05.90 г. по кл. Е 21 В 33/16, опубл. в ОБ 6, 1993 г.). Более того, известен внутренний вертикальный скос наружной поверхности монолитных элементов эластичной манжеты (см. а.с. 548705 от 24.06.74 г. по кл. Е 21 В 33/16, опубл. в ОБ 8, 1977 г. ). Нами не обнаружены источники патентной документации и научно-технической литературы, описывающие расчеты длины: наружной вертикальной конической части эластичной манжеты и собственно разделительной пробки, а также конструктивные элементы фиксации наконечника пробки в стоп-кольце. Предлагаемая конструкция соответствует условию изобретательского уровня.
Конструкция заявляемого устройства поясняется следующими чертежами:
- на фиг. 1 представлена собственно цементировочная пробка до спуска в обсадную колонну;
- на фиг.2 представлена конструкция стоп-кольца;
- на фиг.3 представлено устройство для цементирования обсадной колонны (момент посадки цементировочной пробки в стоп-кольцо).
Заявляемое устройство состоит из собственно цементировочной пробки (фиг. 1) и стоп-кольца (фиг.2). Цементировочная пробка содержит жесткий сердечник 1, на котором закреплены эластичные манжеты 2, и наконечник 3, снабженный в верхней части посадочным конусом 4, а в цилиндрической части - проточкой, в которой установлено уплотнительное кольцо 5. Ниже последнего размещена еще одна проточка под разрезное пружинное кольцо 6, наружная нижняя часть которого выполнена под углом α = 25-30° относительно верхней поверхности 7 посадочного конуса 4 наконечника 3. Нижняя часть 8 наконечника 3 выполнена конической. Наконечник 3 соединяется с жестким сердечником 1 с помощью резьбового соединения 9. Конические элементы каждой эластичной манжеты 2 выполнены раздельными, имеющими выступы 10 и ответные пазы 11 в нижней 12 и верхней 13 цилиндрических частях каждой эластичной манжеты 2. Причем нижняя эластичная манжета имеет аналогичное соединение с верхней поверхностью 7 посадочного конуса 4, а верхняя эластичная манжета имеет аналогичное соединение с фланцем (гайкой) 14, соединяемым с жестким сердечником 1 резьбовым соединением 15.
Длину l наружной вертикальной конической части 16 каждой эластичной манжеты 2 определяют следующим образом.
Для скважины глубиной 5,5 тыс. м промежуточная обсадная колонна ⌀245мм спускается на глубину 2,5 тыс. м, что составит в среднем 250 труб (при длине каждой трубы 10 м). Соответственно количество стыков n составит 250-2=248 штук. Величина износа каждой наружной вертикальной конической части эластичной манжеты в абразивном буровом и тампонажном растворах, b, по практическим данным составляет 0,05-0,10 мм. Коэффициент запаса составляет 1,0-1,5.
l1=248•0,05+1=13,4 (мм),
l2=248•0,1+1,5=26,3 (мм),
принимаем
Figure 00000002

Общую длину L сборных эластичных манжет, контактирующих с обсадной трубой, без учета внешней конической высоты нижней эластичной манжеты определяют следующим образом:
L=1,1•245=269,5 (мм)~270 мм
Принятие нами количественной величины 1,1 обусловлено определением усредненной величины отношения длины муфты к наружному диаметру колонн различного типоразмера:
для обсадных труб ⌀114мм с длиной муфты 159 мм отношение составляет
Figure 00000003

для обсадных труб ⌀168мм с длиной муфты 184 мм отношение составляет
Figure 00000004

для обсадных труб ⌀245мм с длиной муфты 196 мм отношение составляет
Figure 00000005

ср.отношение
Figure 00000006

Стоп-кольцо имеет резьбовое соединение 17, с помощью которого оно присоединяется к верхней трубе башмака обсадной колонны (фиг.3), а также следующие внутренние проточки: верхнюю коническую 18, выполненную под углом β = 25-30°, среднюю цилиндрическую 19 и нижнюю цилиндрическую 20. Диаметр средней цилиндрической проточки 19 меньше диаметра нижней цилиндрической проточки 20. Кроме того, в середине верхней части стоп-кольца выполнена прорезь 21, предназначенная для размещения в ней ключа, обеспечивающего свинчивание стоп-кольца с верхней трубой башмака обсадной колонны.
Устройство работает следующим образом: перед спуском обсадной колонны на одной из труб башмака ⌀245мм нарезают метрическую резьбу ⌀230мм и шагом 5 мм. В указанную резьбу ввинчивают стоп-кольцо, изготовленное методом чугунного литья, которое в процессе спуска обсадной колонны должно находиться на глубине 2470-2480 м. После восстановления циркуляции бурового раствора, промывки ствола скважины и закачки порции буферной жидкости начинают цементирование обсадной колонны ⌀245мм. Закачивают расчетный объем тампонажного раствора, вслед за которым с устья скважины из цементировочной головки пускают пробку заявляемой конструкции.
Предварительно цементировочную пробку изготавливают из заготовок чугунного литья. Эластичные манжеты выполняют из резины марки ИРП 1345 ТУ 38-005-204-84. Шероховатость металлических деталей (наконечника и внутренней поверхности стоп-кольца) должна соответствовать ГОСТ 2789-73 и техническим требованиям чертежей. Разрезное пружинное кольцо выполнено из стали 65 Г и подвергнуто термообработке по методике обработки пружин. При движении по обсадной колонне пробка продавливает расчетный объем тампонажного раствора и по окончании процесса цементирования садится в стоп-кольцо. В первоначальный момент захода пробки в стоп-кольцо происходит следующее: прохождение цилиндрической части наконечника 3 пробки через внутреннюю верхнюю коническую проточку 18 стоп-кольца обусловлено наличием углов α и β в последних. Углы можно выполнить в пределах 25-30o, конкретно для данной конструкции 30o, их величина связана с динамическими условиями соединения деталей в узел (см. Трубы нефтяного сортамента. Справочное руководство. М.: Недра, 1976). Посадочный конус 4 наконечника 3 заходит и садится во внутреннюю верхнюю коническую проточку 18. Одновременно во внутренней средней цилиндрической проточке 19 осуществляется посадка и герметизация уплотнительным кольцом 5, а разрезное пружинное кольцо 6 размещается во внутренней нижней цилиндрической проточке 20 стоп-кольца, которое предварительно при проходе внутренней средней цилиндрической проточки 19 сжимается, а затем во внутренней нижней цилиндрической роточке 20 расправляется в связи с разностью диаметров.
Описанные конструктивные особенности цементировочного устройства обеспечивают заявляемый технический результат: повышается качество процесса цементирования, связанное с наиболее полным разделением разных технологических жидкостей.

Claims (1)

  1. Устройство для цементирования обсадной колонны, содержащее цементировочную пробку, включающую жесткий сердечник, на котором закреплены эластичные манжеты и наконечник, снабженный в верхней части посадочным конусом, контактирующим с верхней конической внутренней проточкой стоп-кольца, в цилиндрической части - проточкой, в которой установлено уплотнительное кольцо, при этом нижняя часть наконечника выполнена конической, и стоп-кольцо, имеющее верхнюю коническую и нижнюю цилиндрическую внутренние проточки, отличающееся тем, что конические элементы каждой эластичной манжеты выполнены раздельными, имеющими выступы и ответные пазы в нижней и верхней цилиндрических частях соответственно, а нижняя и верхняя эластичные манжеты имеют аналогичные соединения с верхней поверхностью посадочного конуса наконечника и фланцем соответственно, причем длину наружной вертикальной конической части эластичной манжеты определяют по формуле
    l= nb+k,
    где l - длина наружной вертикальной конической части эластичной манжеты, мм;
    n - количество стыков обсадных труб, которое проходит каждая эластичная манжета в абразивном буровом и тампонажном растворах, шт. ;
    b - величина износа каждой наружной вертикальной конической части эластичной манжеты, мм;
    k - коэффициент запаса, равный 1,0-1,5,
    а общую длину сборных эластичных манжет, контактирующих с обсадной трубой, без учета внешней конической высоты нижней эластичной манжеты определяют по формуле
    L= 1,1D,
    где L - общая длина сборных эластичных манжет, контактирующих с обсадной трубой без учета внешней конической высоты нижней эластичной манжеты, мм;
    D - наружный диаметр обсадной трубы, мм,
    причем стоп-кольцо дополнительно снабжено средней цилиндрической внутренней проточкой, диаметр которой меньше диаметра нижней цилиндрической внутренней проточки, а наконечник цементировочной пробки в цилиндрической части дополнительно снабжен проточкой, в которой установлено разрезное пружинное кольцо, причем его наружная нижняя часть выполнена под углом 25 - 30o относительно верхней поверхности посадочного конуса наконечника, входящее в ответную нижнюю цилиндрическую внутреннюю проточку стоп-кольца, а верхняя внутренняя коническая проточка стоп-кольца выполнена под углом 25 - 30o.
RU2000112432/03A 2000-05-17 2000-05-17 Устройство для цементирования обсадной колонны RU2183723C2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2000112432/03A RU2183723C2 (ru) 2000-05-17 2000-05-17 Устройство для цементирования обсадной колонны

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2000112432/03A RU2183723C2 (ru) 2000-05-17 2000-05-17 Устройство для цементирования обсадной колонны

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2000112432A RU2000112432A (ru) 2002-03-10
RU2183723C2 true RU2183723C2 (ru) 2002-06-20

Family

ID=20234792

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2000112432/03A RU2183723C2 (ru) 2000-05-17 2000-05-17 Устройство для цементирования обсадной колонны

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2183723C2 (ru)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2526044C1 (ru) * 2013-06-11 2014-08-20 Открытое акционерное общество "Татнефть" имени В.Д. Шашина Устройство для установки цементного моста в скважине
CN104481453A (zh) * 2014-12-11 2015-04-01 中国石油天然气股份有限公司 一种组合自锁式变径胶塞
RU2684626C1 (ru) * 2018-05-30 2019-04-10 Публичное акционерное общество "Татнефть" имени В.Д. Шашина Секционная разделительная пробка для цементирования ступенчатых обсадных колонн
RU2696039C1 (ru) * 2018-11-19 2019-07-30 Закрытое акционерное общество "ПРОММАШСЕРВИС" Устройство для цементирования скважин
CN114109302A (zh) * 2021-11-24 2022-03-01 中石化石油工程技术服务有限公司 一种固井用可穿越复合胶塞及使用方法

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2526044C1 (ru) * 2013-06-11 2014-08-20 Открытое акционерное общество "Татнефть" имени В.Д. Шашина Устройство для установки цементного моста в скважине
CN104481453A (zh) * 2014-12-11 2015-04-01 中国石油天然气股份有限公司 一种组合自锁式变径胶塞
RU2684626C1 (ru) * 2018-05-30 2019-04-10 Публичное акционерное общество "Татнефть" имени В.Д. Шашина Секционная разделительная пробка для цементирования ступенчатых обсадных колонн
RU2696039C1 (ru) * 2018-11-19 2019-07-30 Закрытое акционерное общество "ПРОММАШСЕРВИС" Устройство для цементирования скважин
CN114109302A (zh) * 2021-11-24 2022-03-01 中石化石油工程技术服务有限公司 一种固井用可穿越复合胶塞及使用方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2183723C2 (ru) Устройство для цементирования обсадной колонны
RU2515739C1 (ru) Способ ремонта скважины с дефектным участком со смещением обсадной колонны
RU2455451C1 (ru) Устройство для цементирования хвостовика в скважине
CN213039250U (zh) 一种小直径分级注水泥器
RU2343272C2 (ru) Цементировочный клапан обсадной колонны
RU72715U1 (ru) Устройство для цементирования хвостовика в скважине
CA3186495A1 (en) Wellbore staged operation method and rubber plug for said method
RU130624U1 (ru) Пакер разбуриваемый
US7287599B2 (en) Casing packoff system
RU2101465C1 (ru) Устройство для цементирования обсадной колонны в скважине
RU2747279C1 (ru) Подвеска хвостовика цементируемая
RU44348U1 (ru) Устройство для цементирования хвостовика в скважине
RU56941U1 (ru) Клапан для обсадной колонны
RU34622U1 (ru) Устройство для цементирования дополнительной обсадной колонны
RU2431732C1 (ru) Устройство для цементирования хвостовика в скважине
RU54617U1 (ru) Разделительная нижняя пробка для цементирования хвостовиков
CN219366004U (zh) 一种裸眼井封固底层组合装置
RU2200824C2 (ru) Устройство для цементирования обсадной колонны
CN218177199U (zh) 套管破漏井的采油装置
RU2233965C1 (ru) Устройство для цементирования хвостовика в скважине
RU60608U1 (ru) Клапан для обсадной колонны
CN106121583A (zh) 自锁浮鞋
CN210105804U (zh) 一种不用更换井控防喷器芯子的固井配套工具
CN210948572U (zh) 一种抽油管柱防喷装置
SU1379451A1 (ru) Устройство дл цементировани обсадной колонны в скважине

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20060518