RU2243360C1

RU2243360C1 - Device for stepped cementation of casing column

Info

Publication number: RU2243360C1
Application number: RU2003126287/03A
Authority: RU
Inventors: М.Н. Студенский (RU); М.Н. Студенский; А.Я. Вакула (RU); А.Я. Вакула; Р.Г. Габдуллин (RU); Р.Г. Габдуллин; Д.В. Страхов (RU); Д.В. Страхов; В.Б. Оснос (RU); В.Б. Оснос
Original assignee: Открытое акционерное общество "Татнефть" им. В.Д. Шашина
Priority date: 2003-08-27
Filing date: 2003-08-27
Publication date: 2004-12-27
Also published as: RU2003126287A

Abstract

FIELD: oil and gas extractive industry.

SUBSTANCE: device has body with cementing apertures and radial channels in it, cover bushing forming a ring hollow with body. In the latter an additional bushing is placed, provided with radial channels. The latter connected inner space of body to behind-pipe space of well for moment of washing and pumping of cement solution of second step. Device is provided with damper mounted inside body and connected by shear elements to support bushing. The latter is stopped against upper end of body and overlaps radial channel. Channels are made in body and connect inner space of body in working position to ring-shaped hollow. The latter is formed by body and branch pipe, rigidly connected to sleeve and pusher end, mounted in this hollow.

EFFECT: simplified construction, higher effectiveness, higher reliability.

2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано при цементировании обсадных колонн в две стадии в нефтяных и газовых скважинах.The invention relates to the oil and gas industry and can be used for cementing casing strings in two stages in oil and gas wells.

Известна муфта для ступенчатого цементирования, включающая корпус с радиальными цементировочными отверстиями и радиальными каналами, подвижные втулку и толкатель и подпружиненную кольцевую перегородку (1).A known coupling for step cementing, comprising a housing with radial cementing holes and radial channels, a movable sleeve and a pusher, and a spring-loaded annular partition (1).

Недостатки устройства: сложность конструкции, обусловленная наличием большого количества деталей, наличие пружины большого диаметра вызывает необходимость увеличения габаритных размеров устройства, кроме того, пружина плохо работает в цементной среде, большое количество уплотнительных элементов и движущихся деталей снижают надежность герметизации и работоспособность устройства. Есть реальная возможность соприкосновения подвижной втулки 3 со стенкой скважины, что приведет устройство в неработоспособное состояние.Disadvantages of the device: the complexity of the design, due to the presence of a large number of parts, the presence of a large diameter spring necessitates an increase in the overall dimensions of the device, in addition, the spring does not work well in a cement medium, a large number of sealing elements and moving parts reduce the reliability of sealing and the performance of the device. There is a real possibility of contact of the movable sleeve 3 with the wall of the well, which will lead the device to an inoperative state.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является муфта для ступенчатого цементирования, включающая корпус с радиальными цементировочными отверстиями, кожух-втулку, расположенный с наружной стороны корпуса и образующий с ним кольцевую полость, дополнительную втулку, находящуюся в этой полости и соединенную с корпусом срезными элементами, радиальные каналы в корпусе, соединяющие нижнюю часть кольцевой полости с внутренним пространством корпуса и уплотнительные элементы.Closest to the technical nature of the proposed device is a coupling for step cementing, including a housing with radial cementing holes, a casing sleeve located on the outside of the housing and forming an annular cavity with it, an additional sleeve located in this cavity and connected to the housing by shear elements , radial channels in the housing connecting the lower part of the annular cavity with the interior of the housing and sealing elements.

Существенными недостатками устройства являются сложность конструкции, множество движущихся деталей и уплотнительных элементов, снижающих работоспособность и надежность герметизации, наружное расположение дифференциальной втулки 4 может привести к а) преждевременному ее сдвигу вверх и невозможности проведения операции по закачке цементного раствора первой ступени, б) образованию выше нее сальника и невозможности ее сдвинуть, в) соприкосновению со стенкой скважины, что приведет устройство в неработоспособное состояние, большие габариты, а отсюда - большая металлоемкость.Significant disadvantages of the device are the design complexity, a lot of moving parts and sealing elements that reduce the sealing performance and reliability, the external location of the differential sleeve 4 can lead to a) premature upward shift and the inability to carry out the operation of pumping cement of the first stage, b) formation above it gland and the inability to move it, c) contact with the wall of the well, which will lead the device to an inoperative state, large gab ity, and from here - a large metal consumption.

Задачей изобретения является создание устройства упрощенной конструкции, имеющего низкую металлоемкость и обладающего высокой работоспособностью и надежностью герметизации.The objective of the invention is to provide a device of simplified design, having a low metal consumption and having high efficiency and reliability of sealing.

Указанная задача решается предлагаемым устройством, включающим корпус с радиальными цементировочными отверстиями, кожух-втулку, расположенный с наружной стороны корпуса и образующий с ним кольцевую полость, дополнительную втулку, находящуюся в этой полости и соединенную с корпусом срезными элементами, радиальные каналы в корпусе, соединяющие нижнюю часть кольцевой полости с внутренним пространством корпуса и уплотнительные кольца.This problem is solved by the proposed device, comprising a housing with radial cementing holes, a casing sleeve located on the outside of the housing and forming an annular cavity with it, an additional sleeve located in this cavity and connected to the housing by shear elements, radial channels in the housing connecting the lower part of the annular cavity with the interior of the housing and o-rings.

Новым является то, что кожух-втулка соединен с корпусом жестко, а дополнительная втулка снабжена радиальными каналами, соединяющими внутреннее пространство корпуса с заколонным пространством скважины в момент промывки и закачки цементного раствора второй ступени, устройство снабжено шибером, установленным внутри корпуса и соединенным срезными элементами с опорной втулкой, упирающейся в верхний торец корпуса, и перекрывающим радиальные каналы, выполненные в корпусе и сообщающие внутреннее пространство корпуса с кольцевой полостью, образованной корпусом и патрубком, жестко соединенными с муфтой, и торцом толкателя, установленного в этой полости, корпус выполнен с кольцевым уступом, расположенным на внутренней поверхности ниже цементировочных отверстий.New is that the casing-sleeve is rigidly connected to the housing, and the additional sleeve is equipped with radial channels connecting the inner space of the casing with the annulus of the well at the time of washing and pumping the cement of the second stage, the device is equipped with a gate installed inside the casing and connected by shear elements with supporting sleeve, abutting against the upper end of the housing, and overlapping radial channels made in the housing and communicating the interior of the housing with an annular cavity, about razovannoy housing and the sleeve is rigidly connected to the sleeve, and the end of a pusher mounted in the cavity, the housing is formed with an annular shoulder disposed on the inner surface below the cementing holes.

Новым также является то, что наружный диаметр толкателя больше наружного диаметра дополнительной втулки.Also new is the fact that the outer diameter of the pusher is larger than the outer diameter of the additional sleeve.

На чертеже изображено предлагаемое устройство в продольном разрезе.The drawing shows the proposed device in longitudinal section.

Оно состоит из корпуса 1 с радиальными цементировочными отверстиями 2 и радиальными каналами 3. На корпусе находится жестко соединенный с ним кожух-втулка 4, образующий с корпусом кольцевую полость 5, в которой расположена дополнительная втулка 6, соединенная с корпусом срезными элементами 7 и снабженная радиальными каналами 8.It consists of a housing 1 with radial cementing holes 2 and radial channels 3. On the housing there is a casing-sleeve 4 rigidly connected to it, forming an annular cavity 5 with the housing, in which there is an additional sleeve 6 connected to the housing by shear elements 7 and provided with radial channels 8.

В верхней части корпуса 1 установлен шибер 9, соединенный срезными элементами 10 с опорной втулкой 11, упирающейся в верхний торец корпуса 1. Шибер 9 перекрывает радиальные каналы 12 в корпусе 1, соединяющие в рабочем положении внутреннее пространство корпуса с кольцевой полостью 13, образованной поверхностью корпуса и патрубком 14, жестко соединенными с муфтой 15, и торцом толкателя 16, установленного в этой полости.A slide 9 is installed in the upper part of the housing 1, connected by shear elements 10 with a support sleeve 11 abutting against the upper end of the housing 1. The slide 9 closes the radial channels 12 in the housing 1, which in the working position connect the internal space of the housing with the annular cavity 13 formed by the housing surface and a pipe 14, rigidly connected to the sleeve 15, and the end of the pusher 16 installed in this cavity.

С целью гарантированного закрытия цементировочных отверстий 2 дополнительной втулкой 6 под воздействием толкателя 16, наружный диаметр последнего выполнен большим, чем наружный диаметр дополнительной втулки.In order to guarantee the closing of the cementing holes 2 with an additional sleeve 6 under the influence of the pusher 16, the outer diameter of the latter is made larger than the outer diameter of the additional sleeve.

Сопрягаемые поверхности муфты снабжены уплотнительными кольцами 17.The mating surfaces of the coupling are provided with o-rings 17.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Обсадную колонну 18 с башмаком 19, цементировочным клапаном 20 и стоп-кольцом 21, в составе которой установлено предлагаемое устройство, спускают в скважину до проектной глубины с таким расчетом, чтобы устройство находилось выше продуктивного пласта примерно на 150-200 м. Затем по обычной технологии закачивают цементный раствор первой ступени, исходя из того, чтобы устройство было перекрыто раствором выше на 40-50 м. При окончании цементирования, нижняя продавочная пробка 22 садится на стоп-кольцо 21, давление в колонне 18 резко повышается, под воздействием которого срезные элементы 7 разрушаются и дополнительная втулка 6 поднимается вверх до упора в торец толкателя 16. При этом отверстия 2 и каналы 8 сообщаются друг с другом. После этого промывкой через отверстия 2 и каналы 8 удаляют цементный раствор, находящийся выше устройства. После ОЗЦ (ожидание затвердевания цемента) через упомянутые отверстия и каналы закачивают цементный раствор второй ступени. При окончании продавки верхняя продавочная пробка 23 садится на шибер 9, давление в колонне 18 резко поднимается, срезные элементы 10 разрушаются и шибер 9 опускается вниз до упора в кольцевой уступ 24, перекрывая при этом изнутри цементировочные отверстия 2. Давление опять резко поднимается, под воздействием которого толкатель 16 опускается вниз и сдвигает дополнительную втулку 6 в нижнее исходное положение, при котором она герметично перекрывает цементировочные отверстия 2 с наружной стороны корпуса. Давление на устье скважины снижают до нуля, после чего под воздействием перепада давления между внутриколонным и заколонным пространствами толкатель 16 поднимается и займет верхнее положение в кольцевой полости 13.The casing 18 with shoe 19, cementing valve 20 and stop ring 21, which includes the proposed device, is lowered into the well to the design depth so that the device is approximately 150-200 m above the reservoir. Then, using conventional technology cement mortar of the first stage is injected, based on the fact that the device is blocked by a solution 40-50 m higher. At the end of cementing, the lower cork plug 22 sits on the stop ring 21, the pressure in the column 18 rises sharply, under the influence tviem shear elements 7 which are destroyed and additional sleeve 6 rises up to the stop in the end face of the pusher 16. When the openings 2 and 8 channels communicate with each other. After that, washing through the holes 2 and channels 8 remove the cement mortar located above the device. After OZZ (waiting for the hardening of cement) through the aforementioned holes and channels pumped the cement mortar of the second stage. At the end of the sale, the upper cork plug 23 sits on the gate 9, the pressure in the column 18 rises sharply, the shear elements 10 are destroyed and the gate 9 drops down to the stop in the annular ledge 24, while blocking the cementing holes from the inside 2. The pressure rises again, under the influence of which the pusher 16 lowers down and moves the additional sleeve 6 to the lower initial position, in which it seals the cementing holes 2 from the outside of the housing. The pressure at the wellhead is reduced to zero, after which, under the influence of the differential pressure between the annulus and annulus, the pusher 16 rises and occupies the upper position in the annular cavity 13.

После ОЗЦ шибер 9 (изготовлен из чугуна) и верхнюю цементировочную пробку 23 разбуривают.After the OZZ, the gate 9 (made of cast iron) and the upper cementing plug 23 are drilled.

Предлагаемое устройство имеет простейшую конструкцию и низкую металлоемкость, обладает высокой работоспособностью и надежной герметизацией.The proposed device has a simple structure and low metal consumption, has high performance and reliable sealing.

Использованная информация.Information used.

1. Аналог. А.С.№1779742, МПКЕ 21 В 33/14, 1992.1. The analogue. A.S. No. 17979742, IPCE 21 В 33/14, 1992.

2. Прототип.А.С. №1765367, МПКЕ 21 В 33/14, 1992.2. Prototype. A.S. No. 1765367, IPEC 21 B 33/14, 1992.

Claims

1. A device for stepwise cementing of a casing string, comprising a housing with radial cementing holes, a sleeve casing located on the outside of the housing and forming an annular cavity with it, an additional sleeve located in this cavity and connected to the housing by shear elements, radial channels in the housing connecting the lower part of the annular cavity with the inner space of the housing and o-rings, characterized in that the casing-sleeve is connected to the housing rigidly, and the additional sleeve is provided it is provided with radial channels connecting through the cementing holes the internal space of the body with the annular space of the well at the time of washing and pumping the cement mortar of the second stage; equipped with a gate installed inside the housing and connected by shear elements with a support sleeve abutting against the upper end of the housing and overlapping radial channels made in the housing and communicating the interior of the housing with an annular cavity formed by the housing and the pipe rigidly connected to the coupling and the end of the pusher installed in this cavity; the housing is made with an annular ledge located on the inner surface below the cementing holes, and the latter is made with an annular ledge located on the inner surface below the cementing holes.

2. The device according to claim 1, characterized in that the outer diameter of the pusher is larger than the outer diameter of the additional sleeve.