RU2378492C1

RU2378492C1 - Device intended for cementing casing strings in wells

Info

Publication number: RU2378492C1
Application number: RU2008122867/03A
Authority: RU
Inventors: Сергей Анатольевич Цыбин (RU); Сергей Анатольевич Цыбин; Анатолий Андреевич Цыбин (RU); Анатолий Андреевич Цыбин; Юрий Арсеньевич Коротаев (RU); Юрий Арсеньевич Коротаев; Георгий Флавьевич Чудаков (RU); Георгий Флавьевич Чудаков
Original assignee: Общество С Ограниченной Ответственностью "Вниибт-Буровой Инструмент"
Priority date: 2008-06-06
Filing date: 2008-06-06
Publication date: 2010-01-10

Abstract

FIELD: oil and gas production.

SUBSTANCE: invention includes two-piece body containing upper and lower parts. In upper body part there located are fabrication holes overlapped from outside with spring-loaded differential sleeve fixed with shear screw under which a stop screw is located. In lower body part there made is fabrication hole in which a check valve is installed and which is interconnected with packer and overlapped with tubular sealing element made from plastic material. Between upper and lower body parts there arranged is connection pipe whereon V-shaped sealing cuffs are installed. At stepped increase of internal pressure of the device, subsequent actuation is performed, first, of packer, and then, of differential sleeve, with further opening of fabrication holes and cementing of casing string space. At that, V-shaped cuffs provide maximum tightness at well wall contact.

EFFECT: improving reliability of separation of beds in wells when cementing casing strings, including the ones hidden in side well bores owing to simplifying the device design, reducing the time required for process operations when cementing casing strings.

3 dwg

Description

Изобретение относится к нефтегазодобывающей отрасли, а именно к устройствам для ступенчатого и манжетного цементирования обсадных колонн, в т.ч. и потайных обсадных колонн (хвостовиков) в боковых стволах скважин.The invention relates to the oil and gas industry, in particular to devices for step and lip cementing of casing strings, including and countersunk casing strings (liners) in the sidetracks.

Известно устройство для ступенчатого и манжетного цементирования обсадных колонн, в т.ч. и потайных - пакер типа ПГМЦ, который состоит из устройства для изоляции пластов в скважине (гидравлического пакера) (Патент РФ №2182957, Е21В 33/13, 2001) и цементировочной муфты (Каталог комплексов технических средств для крепления скважин хвостовиками 102, 114, 127 мм. Россия, 390042, Рязань, ОАО «Тяжпрессмаш». www.tkpo.ryazan.ru). Устройство для изоляции пластов в скважине включает полый корпус с радиальным отверстием, перекрытым полым срезным штифтом, пакер гидравлического действия с резинотканевым уплотнительным элементом рукавного типа, втулку, установленную на корпусе и имеющую с ним кольцевую полость против радиального отверстия корпуса, подпружиненную рабочую втулку, размещенную в кольцевой полости, переключатель положений устройства, размещенный в кольцевой полости, взаимодействующий с рабочей втулкой и выполненный в виде кольцевой втулки с фигурным пазом по ее образующей, и палец, жестко связанный одним концом с корпусом и размещенный другим концом в фигурном пазе с возможностью перемещения с поворотом относительно него переключателя в соответствии с кодом его фигурного паза при повышении и сбросе давления в корпусе, при этом рабочая втулка имеет возможность возвратно-поступательного перемещения с переключателем устройства из транспортного положения в рабочее положение с расширением уплотнительного элемента пакера, в положение с отключением пакера от гидравлического воздействия и страховочное положение от непредвиденного повышения давления в скважине.A device for stepwise and cuff cementing of casing strings, including and covert ones - a packer of the PGMTs type, which consists of a device for isolating formations in a well (hydraulic packer) (RF Patent No. 2182957, ЕВВ 33/13, 2001) and a cementing sleeve (Catalog of hardware complexes for fixing wells with shanks 102, 114, 127 mm. Russia, 390042, Ryazan, OJSC Tyazhpressmash. www.tkpo.ryazan.ru). A device for isolating formations in a well includes a hollow body with a radial hole covered by a hollow shear pin, a hydraulic packer with a rubber-tissue sleeve-type sealing element, a sleeve mounted on the body and having an annular cavity against the radial hole of the body, a spring-loaded working sleeve placed in annular cavity, a switch position of the device located in the annular cavity, interacting with the working sleeve and made in the form of an annular sleeve with a figured the azure along its generatrix, and a finger, rigidly connected at one end to the body and placed at the other end in a figured groove with the ability to move the switch relative to it in accordance with the code of its figured groove when the pressure in the case is increased and relieved, while the working sleeve has the ability reciprocating movement with the device switch from the transport position to the working position with the expansion of the packer sealing element, to the position with the packer disconnected from hydraulic action and belay position against unexpected pressure increase in the well.

Цементировочная муфта состоит из корпуса с цементировочными отверстиями, в котором на срезном винте размещена перекрывающая втулка с фиксатором и закрепленным в ней седлом под полую цементировочную пробку, втулки, размещенной внутри корпуса на срезном винте, перекрывающей цементировочные отверстия и механически связанной с расположенной ниже втулкой с седлом под шар.The cementing sleeve consists of a housing with cementing holes, in which an overlapping sleeve with a retainer and a saddle fixed under it for a hollow cementing plug is placed on a shear screw, a sleeve placed inside the housing on a shear screw, overlapping cementing holes and mechanically connected to the lower sleeve with a saddle under the ball.

Основные недостатки данного устройства - пакера ПГМЦ очевидны: сложность конструкции в изготовлении многочисленных деталей и относительно невысокая надежность. Чем больше деталей в устройстве, тем меньше надежность работы устройства.The main disadvantages of this device - the PGMC packer are obvious: the complexity of the design in the manufacture of numerous parts and the relatively low reliability. The more parts in the device, the less reliable the device.

Наличие в устройстве резинотканевого уплотнительного элемента рукавного типа также отрицательно влияет на надежность работы устройства при цементировании потайных обсадных колонн хвостовиков в скважинах, т.к. при спуске устройства с хвостовиком в боковой ствол через отверстие, вырезанное в эксплуатационной колонне, возможно повреждение уплотнительного элемента о края этого отверстия.The presence of a sleeve-type rubber-fabric sealing element in the device also negatively affects the reliability of the device when cementing blind liners in wells, since when the device with the shank is lowered into the lateral barrel through an opening cut in the production string, the sealing element may be damaged about the edges of this hole.

Кроме того, наличием в устройстве - пакере ПГМЦ резинотканевого уплотнительного элемента, который имеет не высокие прочностные характеристики, обусловлена такая сложность конструкции клапана пакера, обеспечивающего перекрытие внутренней полости уплотнительного элемента сразу же после его запакеровки. Это необходимо выполнять, т.к. при цементировании обсадных колонн в скважинах возможно создание в устройстве большого перепада внутреннего давления, превышающего прочностные характеристики уплотнительного элемента.In addition, the presence of a rubber-fabric sealing element in the device-packer PGMC, which has not high strength characteristics, is due to the complexity of the design of the packer valve, which provides overlapping of the internal cavity of the sealing element immediately after its packaging. This must be done because when cementing casing strings in wells, it is possible to create a large differential pressure in the device that exceeds the strength characteristics of the sealing element.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для цементирования скважин, включающее корпус, состоящий из верхней и нижней частей, дифференциальную втулку, зафиксированную на верхней части корпуса срезными элементами, пакер с уплотнительным элементом из пластичного материала, размещенный на нижней части корпуса, и механизм привода пакера в рабочее положение, помещенный снаружи корпуса против его радиальных отверстий, дополнительную наружную дифференциальную втулку, установленную против радиальных отверстий корпуса с возможностью осевого перемещения, и разрезное пружинное кольцо, помещенное между дополнительной и основной дифференциальными втулками, последняя из которых подпружинена относительно корпуса и образует в ее крайнем верхнем положении с корпусом и его цементировочными отверстиями заливочный канал, а корпус над верхним торцом дополнительной дифференциальной втулки выполнен с наружной кольцевой проточкой под разрезное пружинное кольцо (А.С. СССР №1395809, кл. Е21В 33/14, 1985).Closest to the invention in technical essence is a device for cementing wells, comprising a housing consisting of upper and lower parts, a differential sleeve fixed on the upper part of the housing by shear elements, a packer with a sealing element made of plastic material placed on the lower part of the housing, and a mechanism drive the packer to a working position, placed outside the housing against its radial holes, an additional external differential sleeve mounted against the radial holes axial displacement of the housing, and a split spring ring placed between the additional and main differential bushings, the last of which is spring-loaded relative to the housing and forms a filling channel in its extreme upper position with the housing and its cementing holes, and the housing above the upper end face of the additional differential bush made with an outer annular groove under a split spring ring (AS USSR No. 1395809, class. ЕВВ 33/14, 1985).

Основной недостаток известного устройства заключается в том, что при ступенчатом или манжетном цементировании скважины цементный раствор закачивается в заколонное пространство над устройством только по методу обратной циркуляции с устья скважины, что исключает возможность применения устройства для цементирования потайных обсадных колонн, спускаемых в скважины на бурильных колоннах. Данное устройство также сложно в изготовлении, имеет большую толщину стенки и относительно не высокую надежность в работе.The main disadvantage of the known device is that during stepwise or cuff cementing of a well, cement slurry is pumped into the annulus above the device only by the reverse circulation method from the wellhead, which eliminates the possibility of using a device for cementing blind casing pipes lowered into the wells on drill strings. This device is also difficult to manufacture, has a large wall thickness and relatively low reliability.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности разобщения пластов в скважинах при цементировании обсадных колонн, в т.ч. и потайных в боковых стволах скважин за счет упрощения конструкции устройства (уменьшения количества подвижных деталей устройства).The technical result of the invention is to increase the reliability of separation of formations in wells during cementing of casing strings, including and countersunk in the lateral wellbores by simplifying the design of the device (reducing the number of moving parts of the device).

Необходимый технический результат достигается тем, что устройство для цементирования обсадных колонн в скважинах, включающее составной корпус, содержащий верхнюю и нижнюю части, подпружиненную дифференциальную втулку, технологические отверстия, расположенные в верхней части корпуса, перекрытые снаружи подпружиненной дифференциальной втулкой, зафиксированной винтами на верхней части корпуса, имеющем кольцевую проточку с наружной стороны, пакер с уплотнительным элементом трубчатого типа из пластичного материала, размещенный на нижней части корпуса, согласно изобретению между верхней и нижней частями составного корпуса размещен патрубок, на котором установлены уплотнительные V-образные манжеты, при этом в нижней части составного корпуса, перекрытой уплотнительным элементом, выполнено технологическое отверстие, в котором установлен обратный клапан, а в кольцевой проточке верхней части корпуса размещен ограничительный винт.The required technical result is achieved by the fact that a device for cementing casing strings in wells, comprising a composite housing containing upper and lower parts, a spring loaded differential sleeve, technological holes located in the upper part of the body, blocked outside by a spring loaded differential sleeve, fixed with screws on the upper part of the body having an annular groove from the outside, a packer with a tubular type sealing element of plastic material, located on the bottom it parts of the housing, according to the invention between the upper and lower parts of the composite housing is placed a pipe on which the sealing V-shaped cuffs are installed, while in the lower part of the composite housing, overlapped by the sealing element, there is a technological hole in which the check valve is installed, and in the annular A stop screw is located in the groove of the upper part of the housing.

На фиг.1 изображен общий вид устройства в транспортном положении; на фиг.2 - устройство при закачке цементного раствора через открытые технологические отверстия после запакеровки заколонного пространства скважины уплотнительным элементом пакера; на фиг.3 - устройство после окончания цементирования обсадной колонны над пакером в скважине и закрытия технологических отверстий в верхней части корпуса.Figure 1 shows a General view of the device in the transport position; figure 2 - the device during the injection of cement through open technological holes after sealing the annular space of the well with a sealing element of the packer; figure 3 - device after cementing the casing over the packer in the well and closing the technological holes in the upper part of the body.

Устройство для цементирования обсадных колонн в скважинах (фиг.1) состоит из верхней 1 и нижней 2 частей составного корпуса, патрубка 3, подпружиненной дифференциальной втулки 4, ограничительного винта 5, винтов 6, которые фиксируют подпружиненную дифференциальную втулку, пружины 7, уплотнительного элемента 8 с концевой арматурой 9, обратного клапана 10 и одной или нескольких уплотнительных V-образных манжет 11. Ограничительный винт 5 размещен в кольцевой проточке Б. Пакер на чертеже условно не показан.A device for cementing casing strings in wells (Fig. 1) consists of the upper 1 and lower 2 parts of the composite body, pipe 3, spring loaded differential sleeve 4, restrictive screw 5, screws 6 that fix the spring loaded differential sleeve, springs 7, sealing element 8 with end fittings 9, non-return valve 10 and one or more sealing V-cuffs 11. The restriction screw 5 is placed in the annular groove B. The packer is not shown conventionally in the drawing.

В верхней части 1 составного корпуса выполнены технологические отверстия А и кольцевая проточка Б, а в нижней части 2 составного корпуса - технологическое отверстие В под клапан 10.In the upper part 1 of the composite housing, technological holes A and an annular groove B are made, and in the lower part 2 of the composite housing - technological hole B for the valve 10.

Герметичность контактных поверхностей между деталями устройства обеспечивается с помощью уплотнительных колец.The tightness of the contact surfaces between the parts of the device is ensured by means of o-rings.

Устройство для цементирования обсадных колонн в скважинах работает следующим образом (Фиг.1-3).A device for cementing casing strings in wells works as follows (Figs. 1-3).

Устройство для цементирования обсадных колонн в скважинах (далее устройство) с потайной обсадной колонной спускают на бурильной колонне в скважину и подвешивают, например, на клиновой подвеске в эксплуатационной колонне. Перекрывают проходной канал нижней части 2 составного корпуса устройства ниже обратного клапана 10, например, с помощью шара, который бросают на седло, закрепленное в нижней части 2 составного корпуса (на Фиг.1 не показано) и в устройстве создают избыточное внутреннее давление с устья скважины. При расчетном по величине избыточном внутреннем давлении уплотнительный элемент 8, например, из пластичного материала - стального или алюминиевого сплава деформируется до стенки скважины 12, т.е. происходит запакеровка заколонного пространства в скважине. С увеличением избыточного давления еще на 2,0-2,5 МПа происходит срезание винтов 6 и открытие технологических отверстий А (Фиг.2), после чего давление в бурильной колонне на устье скважины резко снижается. Затем закачивают по расчету заданный объем цементного раствора в бурильную колонну и продавливают его с помощью цементировочных пробок (на Фиг.2 не показано) через технологические отверстия А в заколонное пространство скважины над устройством, т.е. проводят манжетное цементирование.A device for cementing casing strings in wells (hereinafter the device) with a countersunk casing string is lowered into the well on a drill string and suspended, for example, on a wedge suspension in a production string. The passage channel of the lower part 2 of the composite body of the device is blocked below the check valve 10, for example, by means of a ball that is thrown onto a saddle fixed in the lower part 2 of the composite body (not shown in Fig. 1) and excessive pressure is created in the device from the wellhead . When calculated by the magnitude of the excess internal pressure, the sealing element 8, for example, of a plastic material - steel or aluminum alloy is deformed to the wall of the well 12, i.e. the annular space in the well is sealed. With an increase in overpressure by another 2.0-2.5 MPa, the screws 6 are cut off and the technological holes A open (Figure 2), after which the pressure in the drill string at the wellhead decreases sharply. Then, according to the calculation, a predetermined volume of cement mortar is pumped into the drill string and pressed through with cement plugs (not shown in FIG. 2) through the process holes A into the annulus of the well above the device, i.e. cuff cementing is performed.

После окончания процесса цементирования при выравнивании давления внутри и снаружи устройства подпружиненная дифференциальная втулка 4 под действием сжатой пружины 7 перемещается вверх и герметично перекрывает технологические отверстия А.After the completion of the cementing process, when the pressure is equalized inside and outside the device, the spring-loaded differential sleeve 4 under the action of the compressed spring 7 moves upward and hermetically closes the technological holes A.

При этом уплотнительная V-образная манжета 11 обеспечивает абсолютную герметичность на контакте со стенкой скважины 12 (Фиг.3), а уплотнительный элемент 8 принимает на себя перепад давления со стороны цементного раствора при манжетном цементировании.In this case, the sealing V-shaped cuff 11 provides absolute tightness at the contact with the wall of the well 12 (Figure 3), and the sealing element 8 assumes the pressure drop from the cement slurry during cuff cementing.

Таким образом, предлагаемое устройство для цементирования обсадных колонн в скважинах повышает надежность разобщения пластов в скважинах, в том числе и потайных в боковых стволах скважин.Thus, the proposed device for cementing casing strings in wells increases the reliability of the separation of formations in wells, including countersunk in sidetracks.

Claims

A device for cementing casing strings in wells, comprising a composite housing comprising upper and lower parts, a spring loaded differential sleeve, process holes located in the upper part of the body, blocked outside by a spring loaded differential sleeve, fixed with screws on the upper part of the body having an annular groove from the outside , a packer with a tubular-type sealing element of plastic material, located on the lower part of the housing, characterized in that between the upper and the lower parts of the composite housing contains a pipe on which V-shaped cuffs are installed, while in the lower part of the composite housing overlapped by the sealing element, a technological hole is made in which a check valve is installed, and a restriction screw is placed in the annular groove of the upper housing.