RU223731U1 - Муфта для цементирования обсадных колонн - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к муфтам для цементирования обсадных колонн. Техническим результатом является расширение эксплуатационных возможностей, повышение надежности работы. Муфта содержит корпус, состоящий из соединенных между собой двух секций, в стенке верхней секции которого выполнены циркуляционные отверстия. В расточках верхней секции установлена подвижная в продольном направлении дифференциальная втулка, перекрывающая в исходном положении циркуляционные отверстия верхней секции, соединенная с ней срезными винтами и зафиксированная от вращения шпоночным соединением. В стенке нижней секции дифференциальной втулки выполнены циркуляционные отверстия, количество которых равно количеству циркуляционных отверстий корпуса. Внутри дифференциальной втулки установлен циркуляционный клапан, корпус которого содержит ниппель, выполненный в виде ступенчатой втулки. С ниппелем соединена внутренней правой резьбой гайка, которая наружной левой резьбой соединена с нижней частью дифференциальной втулки. В стенке средней части ниппеля выполнены циркуляционные отверстия, перекрытые установленным в осевом отверстии сетчатым фильтром, а снаружи установлена закрепленная поджимной гайкой обечайка из эластичного материала, упруго облегающая среднюю часть ниппеля и перекрывающая в исходном положении его циркуляционные отверстия. Дифференциальная втулка образует совместно с расточкой верхней секции корпуса замкнутую кольцевую полость, гидравлически сообщающуюся со стволом скважины радиальными отверстиями и заполненную гелем с плотностью, превышающей плотность раствора в скважине. Дополнительно содержит отсекающий клапан, включающий корпус, неподвижно соединенный правой резьбой с нижней секцией корпуса муфты, и установленную с возможностью поворота на верхней части корпуса отсекающего клапана подпружиненную заслонку. Содержит посадочную втулку с расточкой под тандем подвесной и продавочной пробок, установленную с возможностью перемещения вниз в расточке верхней секции корпуса над дифференциальной втулкой. 11 з.п. ф-лы, 6 ил.

Description

Полезная модель относится к нефтедобывающей промышленности и может использоваться при строительстве скважин для цементирования обсадных колонн.

Известна муфта для цементирования обсадных колонн (патент на полезную модель RU № 46296, МПК Е21В 33/14, опубл. 27.06.2005. Бюл. №18), включающая:

корпус с циркуляционными отверстиями,

в расточке которого установлена подвижная дифференциальная втулка, перекрывающая циркуляционные отверстия корпуса и соединенная с ним срезным штифтом;

соединенный левой резьбой с нижним концом дифференциальной втулки и расположенный снаружи последней фиксатор, выполненный в виде ступенчатой втулки из легко разбуриваемого материала, соединенной с корпусом шлицевым соединением, длина которого больше величины перемещения дифференциальной втулки от ее исходного положения до крайнего верхнего положения;

кольцевой уплотнительный элемент, неподвижно установленный на наружной поверхности фиксатора и выполненный в виде манжеты V-образного сечения из эластичного материала;

причем дифференциальная втулка совместно с корпусом образует замкнутую кольцевую полость, гидравлически сообщающуюся со стволом скважины.

Недостатками известной муфты для цементирования обсадных колонн являются:

повышенная трудоемкость изготовления, связанная с тем, что для исключения вращения фиксатора при разбуривании в известной муфте используется шлицевое соединение в виде пазов в корпусе и взаимодействующих выступов на фиксаторе, механическая обработка которых требует значительных трудозатрат, что увеличивает стоимость известной муфты;

низкая надежность работы, обусловленная возможностью заклинивания дифференциальной втулки при перемещении в расточке корпуса ввиду того, что при спуске известной муфты и проникновения бурового раствора в замкнутую кольцевую полость возможно оседание твердой фазы бурового раствора в ней, что приведет к невозможности перемещения дифференциальной втулки. Вследствие этого не будут открыты циркуляционные отверстия корпуса и не будет осуществлена циркуляция цементного раствора, в результате чего процесс цементирования обсадной колонны не будет осуществлен;

низкая надежность работы, обусловленная возможностью попадания и заклинивания достаточно больших кусков твердой фазы цементного раствора в кольцевом канале между эластичным манжетным уплотнением и нижней расточкой верхней секции, что будет препятствовать возврату эластичного манжетного уплотнения в исходное положение после продавки цементного раствора. В результате этого полость известной муфты и ствол скважины будут гидравлически сообщены, и ввиду равенства давлений внутри и снаружи муфты дифференциальная втулка не будет возвращена в исходное положение и не перекроет циркуляционные отверстия в верхней секции. Это обстоятельство с учетом превышения удельного веса столба цементного раствора, находящегося в скважине, над удельным весом продавочной жидкости, находящейся в обсадной колонне, приведет к обратному перетоку цементного раствора из скважины в полость муфты, а затем в обсадную колонну, вследствие чего процесс цементирования обсадной колонны не будет осуществлен в полной мере.

Известна муфта для цементирования обсадных колонн (патент RU № 2321726, МПК E21B 33/14, опубл. 16.10.2008), размещенная в компоновке спускаемого хвостовика между его верхней и нижней секциями, верхняя цементируемая секция которого снабжена якорной подвеской, а нижняя нецементируемая секция снабжена оборудованием для проведения многостадийного гидроразрыва пластов (МСГРП). Известная муфта включает:

корпус, состоящий из соединенных между собой двух секций, в стенке верхней секции которого выполнены циркуляционные отверстия,

при этом в расточке верхней секции установлена подвижная дифференциальная втулка, перекрывающая в исходном положении циркуляционные отверстия верхней секции и соединенная с ней срезным штифтом, причем в стенке дифференциальной втулки выполнены циркуляционные отверстия;

циркуляционный клапан, корпус которого верхней частью расположен внутри дифференциальной втулки и соединен левой резьбой с ее нижним концом, в стенке средней части выполнены циркуляционные отверстия, перекрытые установленным в осевом отверстии корпуса сетчатым фильтром, выполненным в виде кольцевого цилиндра, примыкающего к стенке осевого отверстия корпуса клапана, а нижней частью установлен с возможностью перемещения в расточке нижней секции, выполненный в виде ступенчатой втулки из легко разбуриваемого материала и снабженный кольцевым уплотнительным элементом в виде рукава (обечайки) из эластичного материала, неподвижно установленного в средней части корпуса на его наружной цилиндрической поверхности и перекрывающего в исходном положении циркуляционные отверстия, размеры которых обеспечивают фильтрацию прокачиваемого цементного раствора;

при этом дифференциальная втулка зафиксирована от вращения относительно корпуса подвижным относительно продольной оси корпуса шпоночным соединением, длина которого больше величины перемещения дифференциальной втулки от ее исходного положения до крайнего верхнего положения;

и образует совместно с расточкой верхней секции корпуса замкнутую кольцевую полость, гидравлически сообщающуюся со стволом скважины и заполненную гелем с плотностью, превышающей плотность раствора в скважине;

уплотнительные элементы в подвижных и неподвижных взаимодействиях элементов конструкции.

Использование известной муфты для ее активации, а также активации якорной подвески за счет перепада давления в хвостовике и заколонном пространстве, предполагает обязательное наличие в нижней секции хвостовика седла под первый сбросовый шар меньшего диаметра, расположенного под оборудованием для МСГРП, и седла под второй сбросовый шар бóльшего диаметра, расположенного над оборудованием для МСГРП для предотвращения просадки цементного раствора в нижнюю нецементируемую секцию хвостовика, в связи с чем недостатками известной муфты являются:

увеличение времени технологических операций ввиду необходимости прокачки второго сбросового шара, что повышает затраты при ее использовании;

ограниченные эксплуатационные возможности ввиду того, что использование известной муфты не обеспечивает ее работоспособности при спуске в составе хвостовика в горизонтальный участок скважины. Это связано как с невозможностью перемещения второго сбросового шара под собственным весом в горизонтальной плоскости до посадочного седла, расположенного над оборудованием для МСГРП, т.е. под известной муфтой, так и с тем, что шар не сможет быть перемещен потоком жидкости до посадочного седла, поскольку зависнет в зоне циркуляционного клапана ввиду отсутствия циркуляции в нижней секции хвостовика из-за перекрытия первым сбросовым шаром;

это же обстоятельство приведет к проседанию цементного раствора в нижнюю секцию хвостовика, что увеличивает высоту цементного стакана, остающегося после цементирования верхней секции хвостовика, увеличивает время его разбуривания и повышает затраты при использовании известной муфты;

снижение надежности работы известной муфты ввиду возможности ошибки при очередности прокачки сбросовых шаров - прокачка второго шара бóльшего диаметра вместо первого шара меньшего диаметра;

отсутствие в составе известной муфты седла под подвесную пробку в компоновке с продавочной пробкой увеличивает высоту цементного стакана в полости муфты, остающегося после цементирования верхней секции хвостовика, и увеличивает время его разбуривания, что повышает затраты при ее использовании.

Задачей полезной модели является создание технического решения муфты для цементирования обсадных колонн, лишенной перечисленных недостатков.

Техническим результатом решения этой задачи является расширение эксплуатационных возможностей, повышение надежности работы и уменьшение затрат на изготовление заявляемой муфты для цементирования обсадных колонн.

Для обеспечения требуемого результата известная муфта для цементирования обсадных колонн, размещенная в компоновке спускаемого хвостовика между его верхней и нижней секциями, верхняя цементируемая секция которого снабжена якорной подвеской, а нижняя нецементируемая секция снабжена технологическим оборудованием, например, для проведения многостадийного гидроразрыва пластов (МСГРП), и содержащая:

корпус, состоящий из соединенных между собой двух секций, в стенке верхней секции которого выполнены циркуляционные отверстия, равномерно расположенные по окружности;

при этом в расточках верхней секции установлена подвижная в продольном направлении дифференциальная втулка, перекрывающая в исходном положении циркуляционные отверстия верхней секции и соединенная с ней срезными винтами, причем в стенке нижней секции дифференциальной втулки выполнены циркуляционные отверстия, равномерно расположенные по окружности, количество которых равно количеству циркуляционных отверстий верхней секции корпуса;

неподвижно установленный внутри дифференциальной втулки циркуляционный клапан, корпус которого содержит ниппель, выполненный в виде ступенчатой втулки, и соединенную с ним внутренней правой резьбой гайку, которая наружной левой резьбой соединена с нижней частью дифференциальной втулки без возможности перемещения вверх;

при этом в стенке средней части ниппеля выполнены равномерно расположенные по высоте и окружности циркуляционные отверстия, перекрытые неподвижно установленным в осевом отверстии ниппеля сетчатым фильтром, выполненным в виде кольцевого цилиндра, примыкающего к стенке осевого отверстия ниппеля, а снаружи средней части ниппеля установлен закрепленный поджимной гайкой кольцевой уплотнительный элемент в виде обечайки из эластичного материала, упруго облегающей среднюю часть ниппеля и перекрывающей в исходном положении его циркуляционные отверстия;

причем верхняя часть ниппеля и гайка образуют с расточкой дифференциальной втулки кольцевую клапанную полость, гидравлически связанную с циркуляционными отверстиями дифференциальной втулки;

а элементы конструкции циркуляционного клапана выполнены из легко разбуриваемого материала,

при этом дифференциальная втулка зафиксирована от вращения относительно корпуса подвижным относительно продольной оси корпуса шпоночным соединением, содержащим шпоночный палец и шпоночный паз, длина которого больше величины перемещения дифференциальной втулки от ее исходного положения до крайнего верхнего положения, причем шпоночное соединение ориентирует циркуляционные отверстия дифференциальной втулки для их совпадения в радиальном направлении с циркуляционными отверстиями верхней секции корпуса;

и образует совместно с расточкой верхней секции корпуса замкнутую кольцевую полость, гидравлически сообщающуюся радиальными отверстиями со стволом скважины и заполненную гелем с плотностью, превышающей плотность раствора в скважине;

уплотнительные элементы в подвижных и неподвижных взаимодействиях элементов конструкции.

СОГЛАСНО ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ

дополнительно содержит отсекающий клапан, содержащий корпус, неподвижно соединенный правой резьбой с нижней секцией корпуса муфты без возможности перемещения вниз, и установленную с возможностью поворота на верхней части корпуса отсекающего клапана подпружиненную заслонку, при этом в исходном открытом положении заслонка зафиксирована гайкой циркуляционного клапана, а после перемещения циркуляционного клапана с дифференциальной втулкой вверх и расфиксации заслонки, она перемещается в закрытое горизонтальное положение;

в состав подпружиненной поворотной заслонки отсекающего клапана входят крышка цилиндрической формы с шарнирным выступом и противоположно расположенным выступом в виде шипа и диск ступенчатой формы, присоединенный к нижней части крышки и взаимодействующий с седлом, выполненным на верхнем торце корпуса отсекающего клапана;

причем в закрытом положении заслонки шип крышки взаимодействует с ответным пазом, выполненным на верхнем торце корпуса отсекающего клапана, а выступы, выполненные на нижнем торце диска, взаимодействуют с пазами, выполненными в проходном отверстии корпуса отсекающего клапана ниже седла;

при этом соединение диска с крышкой обеспечивает в закрытом положении отсекающего клапана возможность перемещения диска в диаметральной плоскости на некоторую величину и возможность поворота диска в радиальных направлениях на некоторую величину относительно продольной оси отсекающего клапана;

дополнительно содержит посадочную втулку с расточкой под тандем подвесной и продавочной пробок, установленную с возможностью перемещения вниз без возможности вращения в расточке верхней секции корпуса над дифференциальной втулкой, при этом в исходном положении посадочная втулка соединена с верхней секции корпуса срезными штифтами;

причем с посадочной втулкой соединена стопорная втулка, установленная с возможностью перемещения в расточке верхней секции корпуса и соединенная правой резьбой с упругодеформируемой разрезной гайкой, которая установлена в кольцевой канавке, выполненной в расточке верхней секции корпуса над дифференциальной втулкой, и зафиксирована от вращения стопорным пальцем, установленным в стенке верхней секции корпуса и взаимодействующим с прорезью упругодеформируемой разрезной гайки;

при этом величина длины резьбы на стопорной втулке превышает величину ее перемещения вниз,

а в расточке, взаимодействующей с подвесной пробкой, выполнены элементы, взаимодействующие с корпусом подвесной пробки и обеспечивающие невозможность ее вращения и продольного перемещения вверх;

элементы конструкций, входящие в состав отсекающего клапана и посадочной втулки, выполнены из легко разбуриваемого материала,

а на нижних торцах корпуса отсекающего клапана и гайки циркуляционного клапана выполнены в радиальном направлении от осевых отверстий к нижним торцам прорези, равномерно расположенные по окружности,

причем осевое отверстие гайки циркуляционного клапана выполнено конической формы с расширением вверх, а нижняя часть осевого отверстия корпуса отсекающего клапана выполнена конической формы с расширением вниз,

а величины длины шпоночного паза К, высоты Г кольцевой клапанной полости и длины перемещения Д дифференциальной втулки от исходного положения до крайнего верхнего положения и расстояния связаны соотношением К > Г = Д.

Изобретение поясняется чертежами, где

на фиг.1 изображена заявляемая муфта для цементирования обсадных колонн в исходном (транспортном) положении,

на фиг.2 изображена заявляемая муфта в активированном положении в процессе цементирования верхней секции хвостовика,

на фиг.3 изображена заявляемая муфта в закрытом положении после цементирования верхней секции хвостовика,

на фиг.4 изображен вид А на фиг. 1 (вид на нижний торец гайки циркуляционного клапана),

на фиг.5 изображен вид Б на фиг. 1 (вид на нижний торец корпуса отсекающего клапана),

на фиг.6 изображен вид В на фиг. 2 (вид сверху на крышку заслонки отсекающего клапана).

Заявляемая муфта для цементирования обсадных колонн (фиг. 1, 2, 3), размещена в компоновке спускаемого хвостовика 1 между его верхней 2 и нижней 3 секциями, верхняя цементируемая секция 2 которого снабжена якорной подвеской (не показана), а нижняя нецементируемая секция 3 снабжена технологическим оборудованием, например, для проведения многостадийного гидроразрыва пластов (не показано), и содержит корпус 4, верхняя секция 5 которого соединена с верхней секцией 2 хвостовика 1, а нижняя секция 6 корпуса 4 соединена с нижней секцией 3 хвостовика 1.

В стенке верхней секции 5 корпуса 4 выполнены циркуляционные отверстия 7, равномерно расположенные по окружности, перекрываемые в исходном положении дифференциальной втулкой 8, установленной в расточках верхней секции 5 с возможностью перемещения в продольном направлении и соединенной с верхней секцией 5 срезными винтами 9, причем в стенке нижней части дифференциальной втулки 8 выполнены циркуляционные отверстия 10, равномерно расположенные по окружности, количество которых равно количеству циркуляционных отверстий 7 верхней секции 5 корпуса 4.

Верхняя часть дифференциальной втулки 8 образует совместно с расточкой 11 верхней секции 5 корпуса 4 замкнутую кольцевую полость 12, гидравлически сообщающуюся со стволом скважины радиальными отверстиями 13 и заполненную гелем с плотностью, превышающей плотность раствора в скважине. Фиксация от вращения дифференциальной втулки 8 осуществляется шпоночным соединением 14, включающим шпоночный паз 15 и шпоночный палец 16, закрепленный в стенке верхней секции 5 корпуса 4, при этом длина К шпоночного паза 15 больше высоты Г кольцевой полости 12 и величины перемещения Д дифференциальной втулки 8, которые равны между собой, т.е. К > Г = Д.

Одновременно шпоночное соединение 14 осуществляет ориентацию циркуляционных отверстий 10 дифференциальной втулки 8 для их совпадения в радиальном направлении с циркуляционными отверстиями 7 верхней секции 5 корпуса 4.

Внутри дифференциальной втулки 8 неподвижно установлен циркуляционный клапан 17, корпус которого содержит ниппель 18, выполненный в виде ступенчатой втулки, и соединенную с ним внутренней правой резьбой 19 гайку 20, которая наружной левой резьбой 21 соединена с нижней частью дифференциальной втулки 8 без возможности перемещения вверх.

В стенке средней части ниппеля 18 выполнены равномерно расположенные по высоте и окружности циркуляционные отверстия 22, перекрытые неподвижно установленным в осевом отверстии ниппеля сетчатым фильтром 23, выполненным в виде кольцевого цилиндра, примыкающего к стенке осевого отверстия ниппеля 18, а снаружи средней части ниппеля 18 неподвижно закреплен поджимной гайкой 24 кольцевой уплотнительный элемент в виде обечайки 25 из эластичного материала, упруго облегающей среднюю часть ниппеля 18 и перекрывающей в исходном положении циркуляционные отверстия 22 ниппеля 18. Верхняя часть ниппеля 18 и гайка 20 образуют с расточкой дифференциальной втулки 8 клапанную полость 26, гидравлически связанную с циркуляционными отверстиями 10 дифференциальной втулки 8. Элементы конструкции циркуляционного клапана 17 выполнены из легко разбуриваемого материала, а на нижнем торце гайки 20 циркуляционного клапана 17 выполнены прорези 27 в радиальном направлении от осевого отверстия гайки 20 к ее нижнему торцу, равномерно расположенные по окружности (фиг. 4).

Заявляемая муфта для цементирования обсадных колонн дополнительно содержит отсекающий клапан 28, содержащий корпус 29 неподвижно соединенный правой резьбой 30 с нижней секцией 6 корпуса 4 заявляемой муфты без возможности перемещения вниз, и установленную с возможностью поворота на верхней части корпуса 29 отсекающего клапана 28 подпружиненную заслонку 31, которая в исходном открытом положении зафиксирована гайкой 20 циркуляционного клапана 17, а после перемещения циркуляционного клапана 17 с дифференциальной втулкой 8 вверх и расфиксации заслонка 31 перемещается в закрытое горизонтальное положение.

В состав подпружиненной заслонки 31 отсекающего клапана 28 входят крышка 32 цилиндрической формы с шарнирным выступом 33 и противоположно расположенным выступом в виде шипа 34 (фиг. 5), с нижним торцом которой соединен диск 35 ступенчатой формы, взаимодействующий с седлом 36, выполненным на верхнем торце корпуса 29 отсекающего клапана 28. В закрытом положении заслонки 31 шип 34 крышки 32 взаимодействует с ответным пазом 37, выполненным на верхнем торце корпуса 29 отсекающего клапана 28 (фиг. 6), а выступы 38, выполненные на нижнем торце диска 35, взаимодействуют с пазами 39, выполненными в проходном отверстии 40 корпуса 29 отсекающего клапана 28 ниже седла 36. При этом соединение диска 35 с крышкой 32, например, винтовое, обеспечивает в закрытом положении отсекающего клапана 28 возможность перемещения диска 35 в диаметральной плоскости на некоторую величину и возможность его поворота в радиальных направлениях на некоторую величину относительно продольной оси корпуса 29 отсекающего клапана 28.

На нижнем торце корпуса 29 отсекающего клапана 28 выполнены в радиальном направлении от осевого отверстия 40 к нижнему торцу корпуса 29 прорези 41, равномерно расположенные по окружности (фиг. 5)

При этом осевое отверстие гайки 20 циркуляционного клапана 17 выполнено конической формы с расширением вверх, а нижняя часть осевого отверстия корпуса 29 отсекающего клапана 28 выполнена конической формы с расширением вниз.

Заявляемая муфта для цементирования обсадных колонн дополнительно содержит посадочную втулку 42 с расточкой 43 под тандем подвесной 44 и продавочной 45 пробок (показаны на фиг. 3), установленную с возможностью перемещения вниз без возможности вращения в расточке 46 верхней секции 5 корпуса 4 над дифференциальной втулкой 8, при этом в исходном положении посадочная втулка 42 соединена с верхней секцией 5 корпуса 4 срезными штифтами 47.

С посадочной втулкой 42 соединена правой резьбой 48 стопорная втулка 49, установленная с возможностью перемещения в расточке 46 верхней секции 5 корпуса 4 и соединенная правой резьбой 50 с упругодеформируемой разрезной гайкой 51, которая установлена в кольцевой канавке 52, выполненной в расточке 46 верхней секции 5 корпуса 4 над дифференциальной втулкой 8, и зафиксирована от вращения стопорным пальцем 53, установленным в стенке верхней секции 5 корпуса 4 и взаимодействующим с прорезью 54, выполненной в упругодеформируемой разрезной гайке 51, причем величина длины резьбы 50 на стопорной втулке 49 превышает величину Д ее перемещения вниз.

Элементы конструкций отсекающего клапана 28 и посадочной втулки 42 выполнены из легко разбуриваемого материала.

В расточке 43, взаимодействующей с подвесной пробкой 44, выполнены элементы 55 и 56, взаимодействующие с элементами конструкции подвесной пробки 44 и обеспечивающие невозможность ее вращения и продольного перемещения вверх.

Уплотнительные элементы 57, 58, 59 и другие герметизируют подвижные и неподвижные взаимодействия элементов конструкции заявляемой муфты.

Заявляемая муфта для цементирования обсадных колонн, размещенная в компоновке спускаемого хвостовика 1 между его верхней 2 и нижней 3 секциями, верхняя цементируемая секция 2 которого снабжена якорной подвеской (не показана), а нижняя нецементируемая секция 3 снабжена технологическим оборудованием, например, для проведения многостадийного гидроразрыва пластов (не показано), работает следующим образом.

Собранная в исходном (транспортном) положении (фиг. 1) заявляемая муфта в составе хвостовика 1 спускается в скважину (не показана), после спуска которого в требуемый интервал в колонну несущих труб (не показана) спускают сбросовый шар (не показан), который садится в посадочное седло в нижней части нижней секции 3 хвостовика 1 (не показано). Путем постепенного повышения давления продавки буферной жидкости и цементного раствора активируют вначале якорную подвеску (не показана) в верхней секции 2 хвостовика, а затем активируют заявляемую муфту, в которой усилием от перепада давления в полости хвостовика 1 и в полости скважины дифференциальная втулка 8, срезая винты 9, перемещается вверх, вытесняя гель, которым перед спуском была заполнена замкнутая кольцевая полость 12, через радиальные отверстия 13 в полость скважины (фиг. 2).

При этом, благодаря тому, что:

количество циркуляционных отверстий 7 верхней секции 5 равно количеству циркуляционных отверстий 10 в стенке нижней части дифференциальной втулки 8 и равномерности расположения отверстий 7 и 10 по окружности,

соотношению К > Г = Д, при котором длина К шпоночного паза 15 как минимум на величину диаметра шпоночного пальца 16 больше высоты Г кольцевой полости 12 и величины перемещения Д дифференциальной втулки 8,

шпоночное соединение 14 взаимодействием шпоночного паза 15 и пальца 16 ориентирует циркуляционные отверстия 10 дифференциальной втулки 8 для их совпадения в радиальном направлении с циркуляционными отверстиями 7 верхней секции 5 корпуса 4,

и равенству величин перемещения Д дифференциальной втулки 8 и высоты Г замкнутой кольцевой полости 12,

верхний торец дифференциальной втулки 8 вплотную приблизится к нижнему торцу стопорной втулки 49, а циркуляционные отверстия 10 в стенке нижней части дифференциальной втулки 8, установятся напротив циркуляционных отверстий 7 в стенке верхней секции 5 корпуса 4, в результате чего клапанная полость 26 через циркуляционные отверстия 10 и циркуляционные отверстия 7 будет гидравлически связана со стволом скважины.

Одновременно с перемещением дифференциальной втулки 8 вверх будут перемещаться циркуляционный клапан 17 и гайка 20, активирующая отсекающий клапан 28, подпружиненная заслонка 31 которого повернется из открытого положения в закрытое горизонтальное положение, герметично разделяя полости нижней нецементируемой секции 3 и верхней цементируемой секции 2 хвостовика 1. Дальнейшим повышением давления будет активирован циркуляционный клапан 17, обечайка 25 которого, упруго расширяясь, обеспечит циркуляцию буферной жидкости через циркуляционные отверстия 22, выполненные в стенке средней части ниппеля 18, в клапанную полость 26 и далее через циркуляционные отверстия 10 и циркуляционные отверстия 7 в ствол скважины.

После поворота подпружиненной заслонки 31 в закрытое горизонтальное положение шип 34 крышки 32 войдет во взаимодействие с ответным пазом 37, выполненным на верхнем торце корпуса 29 отсекающего клапана 28, а выступы 38 диска 35 будут взаимодействовать с пазами 39, выполненными в проходном отверстии 40 корпуса 29 отсекающего клапана 28 ниже седла 36, с которым будет герметично взаимодействовать диск 35. Герметичному взаимодействию диска 35 с седлом 36 способствует, например, винтовое соединение диска 35 с крышкой 32, которое обеспечивает в закрытом положении отсекающего клапана 28 возможность перемещения диска 35 в диаметральной плоскости на некоторую величину и возможность его поворота в радиальных направлениях на некоторую величину относительно продольной оси корпуса 29 отсекающего клапана 28.

Тем самым по сравнению с аналогом и прототипом исключается проседание цементного раствора ниже заявляемой муфты и будет уменьшена высота цементного стакана, остающегося после цементирования верхней секции хвостовика, что уменьшает время его разбуривания и сокращает затраты при использовании заявляемой муфты.

При завершении продавки расчетного количества цементного раствора тандем подвесной и продавочной пробок 44 и 45 достигнет заявляемой муфты (фиг. 3) и после посадки подвесной пробки 44 и ее фиксации элементами 55 и 56 в расточке 43 посадочной втулки 42 возрастанием давления в верхней секции 2 хвостовика 1 посадочная втулка 42 начнет перемещаться вниз, срезая штифты 47. Одновременно с посадочной втулкой 42 начнет перемещаться вниз и соединенная с ней стопорная втулка 49, правая наружная резьба 48 которой будет расширять правую внутреннюю резьбу 50 упругодеформируемой разрезной гайки 51, установленной в кольцевой канавке 52 . Тем самым будет обеспечено перемещение стопорной втулки 49 вниз и ее взаимодействие с дифференциальной втулкой 8, которая от воздействия стопорной втулки 49, переместившись в крайнее нижнее положение, перекроет циркуляционные отверстия 7 в стенке верхней секции 5 корпуса 4, отделяя полость верхней цементируемой секции 2 хвостовика 1 от полости скважины, чем будет обеспечено получение сигнала «Стоп». При этом стопорная втулка 49, будучи зафиксированной в крайнем нижнем положении упругодеформируемой разрезной гайкой 51, одновременно зафиксирует в крайнем нижнем положении дифференциальную втулку 8, что исключает ее возможное перемещение вверх, обратный переток цементного раствора из скважины в полость верхней секции 2 хвостовика 1 и повышает надежность работы заявляемой муфты.

После времени ОЗЦ (ожидание затвердевания цементного раствора) приступают к разбуриванию внутренних элементов заявляемой муфты, в том числе: посадочной втулки 42 с подвесной и продавочной пробками 44 и 45, циркуляционного клапана 17 и отсекающего клапана 28.

При вращении бурового инструмента (не показан) по часовой стрелке вправо будет исключено вращение разбуриваемых элементов конструкции заявляемой муфты благодаря тому, что:

тандем подвесной и продавочной пробок 44 и 45 (фиг.3) зафиксирован в расточке 43 посадочной втулки 42 элементами, взаимодействующими с элементами конструкции подвесной пробки 44 и, выполненными, например, в виде стопорного кольца 55, а также пазов 56, взаимодействующих с корпусом подвесной пробки 44;

посадочная втулка 42 соединена правой резьбой 48 со стопорной втулкой 49 без возможности перемещения вниз, которая соединена правой резьбой 50 с упругодеформируемой разрезной гайкой 51, зафиксированной от вращения стопорным пальцем 53, неподвижно установленным в стенке верхней секции 5 корпуса 4 и взаимодействующим с прорезью 54, выполненной в упругодеформируемой разрезной гайке 51;

ниппель 18 и соединенная с ним правой резьбой гайка 20 от вращения левой резьбой 21, которой соединена гайка 20 с дифференциальной втулкой 8, невозможность вращения которой обеспечивается ее шпоночным соединением 14 с верхней секцией 5 корпуса 4;

крышка 32 подпружиненной заслонки 31 зафиксирована соединением шарнирного выступа 33 с корпусом 29 отсекающего клапана 28, а также взаимодействием шипа 34 с ответным пазом 37 на верхнем торце корпуса 29, невозможность вращения которого обеспечивается правой резьбой 30, которой корпус 29 соединен с нижней секцией 6 корпуса 4.

По окончании операции разбуривания заявляемая муфта остается в составе хвостовика 1 в скважине.

Таким образом, совокупность отличительных признаков заявляемой «Муфты для цементирования обсадных колонн» по сравнению с аналогом и прототипом обеспечивает:

сокращение времени использования ввиду исключения необходимости технологической операции по прокачке второго сбросового шара, что снижает затраты при использовании заявляемой муфты;

повышение надежности работы ввиду исключения возможности ошибки при очередности прокачки сбросовых шаров;

расширение эксплуатационных возможностей ввиду того, что ее конструкция обеспечивает работоспособность при спуске в составе хвостовика в горизонтальный участок скважины;

предотвращает возможность проседания цементного раствора в нижнюю секцию хвостовика, что исключает необходимость его разбуривания и снижает затраты при использовании;

минимизация высоты цементного стакана в полости муфты и снижение времени его разбуривания, что снижает затраты при использовании.

Claims (12)

1. Муфта для цементирования обсадных колонн, содержащая корпус, состоящий из соединенных между собой двух секций, в стенке верхней секции которого выполнены циркуляционные отверстия, равномерно расположенные по окружности, при этом в расточках верхней секции установлена подвижная в продольном направлении дифференциальная втулка, перекрывающая в исходном положении циркуляционные отверстия верхней секции и соединенная с ней срезными винтами, причем в стенке нижней секции дифференциальной втулки выполнены циркуляционные отверстия, равномерно расположенные по окружности, количество которых равно количеству циркуляционных отверстий верхней секции корпуса, неподвижно установленный внутри дифференциальной втулки циркуляционный клапан, корпус которого содержит ниппель, выполненный в виде ступенчатой втулки, и соединенную с ним внутренней правой резьбой гайку, которая наружной левой резьбой соединена с нижней частью дифференциальной втулки без возможности перемещения вверх, при этом в стенке средней части ниппеля выполнены равномерно расположенные по высоте и окружности циркуляционные отверстия, перекрытые неподвижно установленным в осевом отверстии ниппеля сетчатым фильтром, выполненным в виде кольцевого цилиндра, примыкающего к стенке осевого отверстия ниппеля, а снаружи средней части ниппеля установлен закрепленный поджимной гайкой кольцевой уплотнительный элемент в виде обечайки из эластичного материала, упруго облегающей среднюю часть ниппеля и перекрывающей в исходном положении его циркуляционные отверстия, причем верхняя часть ниппеля и гайка образуют с расточкой дифференциальной втулки кольцевую клапанную полость, гидравлически связанную с циркуляционными отверстиями дифференциальной втулки; а элементы конструкции циркуляционного клапана выполнены из легко разбуриваемого материала, при этом дифференциальная втулка зафиксирована от вращения относительно корпуса подвижным относительно продольной оси корпуса шпоночным соединением, содержащим шпоночный палец и шпоночный паз, длина которого больше величины перемещения дифференциальной втулки от ее исходного положения до крайнего верхнего положения, причем шпоночное соединение ориентирует циркуляционные отверстия дифференциальной втулки для их совпадения в радиальном направлении с циркуляционными отверстиями верхней секции корпуса и образует совместно с расточкой верхней секции корпуса замкнутую кольцевую полость, гидравлически сообщающуюся радиальными отверстиями со стволом скважины и заполненную гелем с плотностью, превышающей плотность раствора в скважине, уплотнительные элементы в подвижных и неподвижных взаимодействиях элементов конструкции, отличающаяся тем, что дополнительно содержит отсекающий клапан, содержащий корпус, неподвижно соединенный правой резьбой с нижней секцией корпуса муфты без возможности перемещения вниз, и установленную с возможностью поворота на верхней части корпуса отсекающего клапана подпружиненную заслонку, при этом в исходном открытом положении заслонка зафиксирована гайкой циркуляционного клапана, а после перемещения циркуляционного клапана с дифференциальной втулкой вверх и расфиксации заслонки, она перемещается в закрытое горизонтальное положение; дополнительно содержит посадочную втулку с расточкой под тандем подвесной и продавочной пробок, установленную с возможностью перемещения вниз без возможности вращения в расточке верхней секции корпуса над дифференциальной втулкой, при этом в исходном положении посадочная втулка соединена с верхней секцией корпуса срезными штифтами.

2. Муфта для цементирования обсадных колонн по п.1, отличающаяся тем, что в состав подпружиненной поворотной заслонки отсекающего клапана входят крышка цилиндрической формы с шарнирным выступом и противоположно расположенным выступом в виде шипа, причем с нижним торцом крышки соединен диск ступенчатой формы, взаимодействующий с седлом, выполненным на верхнем торце корпуса отсекающего клапана.

3. Муфта для цементирования обсадных колонн по п.2, отличающаяся тем, что в закрытом положении заслонки шип крышки взаимодействует с ответным пазом, выполненным на верхнем торце корпуса отсекающего клапана.

4. Муфта для цементирования обсадных колонн по п.2, отличающаяся тем, что на нижнем торце диска выполнены выступы, взаимодействующие с пазами, выполненными в проходном отверстии корпуса отсекающего клапана ниже седла.

5. Муфта для цементирования обсадных колонн по п.2, отличающаяся тем, что соединение диска с крышкой обеспечивает в закрытом положении отсекающего клапана возможность перемещения диска в диаметральной плоскости на некоторую величину и возможность поворота диска в радиальных направлениях на некоторую величину относительно продольной оси отсекающего клапана.

6. Муфта для цементирования обсадных колонн по п.1, отличающаяся тем, что в расточке, взаимодействующей с подвесной пробкой, выполнены элементы, взаимодействующие с корпусом подвесной пробки и обеспечивающие невозможность ее вращения и продольного перемещения вверх.

7. Муфта для цементирования обсадных колонн по п.1, отличающаяся тем, что с посадочной втулкой соединена стопорная втулка, установленная с возможностью перемещения в расточке верхней секции корпуса и соединенная правой резьбой с упругодеформируемой разрезной гайкой, которая установлена в кольцевой канавке, выполненной в расточке верхней секции корпуса над дифференциальной втулкой, и зафиксирована от вращения стопорным пальцем, установленным в стенке верхней секции корпуса и взаимодействующим с прорезью упругодеформируемой разрезной гайки.

8. Муфта для цементирования обсадных колонн по п.7, отличающаяся тем, что величина длины резьбы на стопорной втулке превышает величину ее перемещения вниз.

9. Муфта для цементирования обсадных колонн по п.1, отличающаяся тем, что элементы конструкций, входящие в состав отсекающего клапана и посадочной втулки, выполнены из легко разбуриваемого материала.

10. Муфта для цементирования обсадных колонн по п.1, отличающаяся тем, что на нижних торцах корпуса отсекающего клапана и гайки циркуляционного клапана выполнены в радиальном направлении от осевых отверстий к нижним торцам прорези, равномерно расположенные по окружности.

11. Муфта для цементирования обсадных колонн по п.1, отличающаяся тем, что осевое отверстие гайки циркуляционного клапана выполнено конической формы с расширением вверх, а нижняя часть осевого отверстия корпуса отсекающего клапана выполнена конической формы с расширением вниз.

12. Муфта для цементирования обсадных колонн по п.1, отличающаяся тем, что величины длины шпоночного паза К, высоты Г кольцевой клапанной полости и длины перемещения Д дифференциальной втулки от исходного положения до крайнего верхнего положения и расстояния связаны соотношением К > Г = Д.