RU2400618C1

RU2400618C1 - Device for stage cementing of casing pipe

Info

Publication number: RU2400618C1
Application number: RU2009138591/03A
Authority: RU
Inventors: Анатолий Андреевич Цыбин (RU); Анатолий Андреевич Цыбин; Петр Алексеевич Моржиц (RU); Петр Алексеевич Моржиц; Сергей Анатольевич Цыбин (RU); Сергей Анатольевич Цыбин; Юрий Арсеньевич Коротаев (RU); Юрий Арсеньевич Коротаев; Алексей Васильевич Пантелеев (RU); Алексей Васильевич Пантелеев; Александр Александрович Соломаткин (RU); Александр Александрович Соломаткин
Original assignee: Общество С Ограниченной Ответственностью "Вниибт-Буровой Инструмент"
Priority date: 2009-10-19
Filing date: 2009-10-19
Publication date: 2010-09-27

Abstract

FIELD: oil and gas industry.

SUBSTANCE: device for stage cementing of casing pipe includes hollow housing with cementing holes and a plug in the wall, which is connected to upper and lower reducers; slide valve with cementing holes and split fixture, which is arranged on inner side of housing, sleeve with cementing and process holes and with a notch made on outer surface for interaction with fixture and arranged on inner side of slide valve and forming together with it, reducers and the housing the upper and lower process cavities, annular bushing installed in lower cavity and fixed on outer surface of the sleeve with a shear element, upper and lower bushings fixed on the sleeve with shear elements. On lower bushing there installed is differential bushing on shear elements and stop nut is fixed, which restricts movement of differential bushing relative to lower bushing in which there are holes covered with differential bushing; at that, those holes are interconnected with cementing holes in the sleeve, slide valve and housing.

EFFECT: improving operating reliability of the device and enlarging its application area especially in deep and in horizontal wells.

4 dwg

Description

Изобретение относится к области крепления нефтяных или газовых скважин, в частности к ступенчатому цементированию обсадных колонн. Обеспечивает повышение надежности работы устройства и расширение области его применения особенно в глубоких и в горизонтальных скважинах.The invention relates to the field of fastening of oil or gas wells, in particular to step cementing of casing strings. Provides increased reliability of the device and the expansion of its scope, especially in deep and horizontal wells.

Известна муфта (устройство) для ступенчатого цементирования обсадной колонны (патент RU №2132449 C1, МПК6 E21B 33/14, опубл. 27.06.1999), включающая: корпус с циркуляционными отверстиями, в котором установлена подвижная дифференциальная втулка, перекрывающая циркуляционные отверстия корпуса и зафиксированная относительно последнего срезным штифтом; соединенное левой резьбой с нижним концом дифференциальной втулки посадочное седло, на нижнем торце которого выполнены выступы, взаимодействующие с торцовыми пазами, выполненными в нижней части корпуса; и взаимодействующую с посадочным седлом цементировочную пробку, в полости которой выполнена воздушная камера, закрытая срезным днищем.A known coupling (device) for stepwise cementing of a casing string (patent RU No. 2132449 C1, IPC6 E21B 33/14, publ. 06/27/1999), including: a housing with circulation holes, in which a movable differential sleeve is installed that overlaps the circulation holes of the housing and fixed relative to the latter with a shear pin; a saddle connected to the left end of the differential sleeve by a left-hand thread, on the lower end of which there are protrusions interacting with the end grooves made in the lower part of the housing; and a cementing plug interacting with the landing saddle, in the cavity of which an air chamber is made, closed by a shear bottom.

Недостатком известной цементировочной муфты является низкая надежность работы, обусловленная возможностью невозвращения дифференциальной втулки в исходное положение после посадки в ее седло цементировочной пробки. Это происходит вследствие того, что торцовые выступы седла при его перемещении вниз могут не войти в торцовые пазы корпуса из-за возможного проворота дифференциальной втулки и седла в процессе промывки цементного раствора первой ступени и прокачки цементного раствора второй ступени. Этот проворот на некоторый угол возможен завихрениями струй прокачиваемых жидкостей ввиду турбулентного режима их движения, возникающего вследствие нестационарности нагнетания жидкостей, при которой будут изменяться во времени плотность прокачиваемых жидкостей, производительность нагнетания, давление и скорость истечения.A disadvantage of the known cementing clutch is the low reliability of operation, due to the possibility of not returning the differential sleeve to its original position after landing in its saddle cementing plugs. This is due to the fact that the end protrusions of the saddle when moving it down may not enter the end grooves of the housing due to the possible rotation of the differential sleeve and the saddle during the washing of the cement mortar of the first stage and pumping of the cement mortar of the second stage. This rotation through a certain angle is possible by swirling the jets of the pumped fluids due to the turbulent mode of their movement, which arises due to the unsteadiness of the pumping of liquids, in which the density of the pumped liquids, the performance of the pumping, the pressure and the rate of flow will change over time.

Поэтому в случае, если торцовые выступы седла при его перемещении вниз не войдут в торцовые пазы корпуса, возможна ситуация, когда дифференциальная втулка остановится выше. И, не дойдя до исходного нижнего положения, она не перекроет циркуляционные отверстия корпуса, что вызовет обратный переток цементного раствора в полость нижней ступени обсадной колонны, недоподъем цементного раствора и некачественное цементирование второй ступени обсадной колонны.Therefore, if the end protrusions of the saddle, when moving downward, do not enter the end grooves of the housing, it is possible that the differential sleeve stops higher. And, having not reached the initial lower position, it will not block the circulation openings of the casing, which will cause backflow of cement into the cavity of the lower stage of the casing, under-raising of the cement and poor cementing of the second stage of the casing.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство типа УСЦ для ступенчатого цементирования обсадных колонн в скважинах, включающее полый корпус с цементировочными отверстиями и пробкой в стенке, соединенный с верхним и нижним переводниками, золотник с цементировочными отверстиями и разрезным фиксатором, размещенный на внутренней стороне корпуса, гильзу с цементировочными и технологическими отверстиями и с насечкой на наружной поверхности для взаимодействия с фиксатором, размещенную с внутренней стороны золотника и образующую с переводниками и корпусом верхнюю и нижнюю технологические полости, кольцевую втулку, зафиксированную на наружной поверхности гильзы срезным элементом, верхнюю и нижнюю втулки, зафиксированные на гильзе срезными элементами (А.А.Цыбин, П.А.Моржиц, С.А.Цыбин, А.В.Пантелеев, А.А.Соломаткин «Оборудование для крепления скважин и разобщения пластов». Журнал ВЕСТНИК ассоциации буровых подрядчиков, 2009, №1, с.36-39).Closest to the invention in technical essence is a device of the USC type for stepwise cementing of casing strings in wells, including a hollow body with cementing holes and a plug in the wall, connected to the upper and lower sub, a spool with cementing holes and a split retainer, located on the inside of the housing sleeve with cementing and technological holes and with a notch on the outer surface for interaction with the retainer, located on the inner side of the ash otnik and forming the upper and lower technological cavities with sub and housing, an annular sleeve fixed on the outer surface of the sleeve by a shear element, upper and lower bushings fixed on the sleeve by shear elements (A.A. Tsybin, P.A. Morzhits, S.A. .Tsybin, A.V. Panteleev, A.A. Solomatkin, “Equipment for securing wells and separating reservoirs. VESTNIK Magazine, Association of Drilling Contractors, 2009, No. 1, pp. 36-39).

Основной недостаток известного устройства заключается в том, что после окончания цементирования обсадной колонны от башмака до интервала установки устройства в скважине, чтобы открыть цементировочные, они же и промывочные отверстия в устройстве и вымыть из заколонного пространства скважины весь избыточный тампонажный раствор, закаченный выше интервала установки устройства, необходимо бросить в обсадную колонну с устья скважины специальную пробку («бомбу») и ждать 40-60 мин, а в наклонных глубоких скважинах еще больше времени, пока эта пробка достигнет устройства, и установиться в седло втулки, герметично перекрывающей цементировочные отверстия. После этого в обсадной колонне создают избыточное давление по расчету для открытия цементировочных отверстий.The main disadvantage of the known device is that after cementing the casing from the shoe to the installation interval of the device in the well, in order to open the cementing holes, they are also the washing holes in the device and wash out any excess cement slurry pumped above the installation interval from the annulus of the well , it is necessary to throw a special plug (“bomb”) into the casing from the wellhead and wait 40-60 minutes, and in deviated deep wells even more time until this obka reaches apparatus and establish a saddle sleeve sealingly overlapping the cementing ports. After that, overpressure is calculated in the casing as calculated to open the cementing holes.

Однако в практике ступенчатого цементирования обсадных колонн с применением известного устройства типа УСЦ случается, что в некоторых скважинах тампонажный раствор, закаченный выше устройства, успевает загустеть до такой кондиции, за время падения специальной пробки («бомбы») и открытия цементировочных отверстий, что не удается вымыть его из заколонного пространства скважины.However, in the practice of stepwise cementing of casing strings using a well-known device such as USTs, it happens that in some wells the grouting pumped above the device has time to thicken to such a condition during the fall of a special plug (“bomb”) and the opening of cementing holes, which fails wash it from the annulus of the well.

В результате скважину переводят в аварийное состояние, исправление которого требует больших затрат денежных средств и времени.As a result, the well is put into emergency condition, the correction of which requires a lot of money and time.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности работы устройства и расширение области его применения в горизонтальных скважинах.The technical result of the invention is to increase the reliability of the device and expand its field of application in horizontal wells.

Технический результат достигается тем, что устройство для ступенчатого цементирования обсадной колонны в скважине включает полый корпус с цементировочными отверстиями и пробкой в стенке, соединенный с верхним и нижним переводниками, золотник с цементировочными отверстиями и разрезным фиксатором, размещенный на внутренней стороне корпуса, гильзу с цементировочными и технологическими отверстиями и с насечкой на наружной поверхности для взаимодействия с фиксатором, размещенную с внутренней стороны золотника и образующую с ним, переводниками и корпусом верхнюю и нижнюю технологические полости, кольцевую втулку, установленную в нижней полости и зафиксированную на наружной поверхности гильзы срезным элементом, верхнюю и нижнюю втулки, зафиксированные на гильзе срезными элементами, согласно изобретению на нижней втулке установлена дифференциальная втулка на срезных элементах и закреплена упорная гайка, ограничивающая перемещение дифференциальной втулки относительно нижней втулки, в которой выполнены отверстия, перекрытые дифференциальной втулкой, причем эти отверстия сообщены с цементировочными отверстиями в гильзе, золотнике и корпусе.The technical result is achieved by the fact that the device for stepwise cementing of the casing string in the well includes a hollow body with cementing holes and a plug in the wall connected to the upper and lower sub, a spool with cementing holes and a split retainer located on the inside of the housing, a sleeve with cementing and technological holes and with a notch on the outer surface for interaction with the retainer, placed on the inside of the spool and forming with it, the upper and lower process cavities, an annular sleeve installed in the lower cavity and fixed on the outer surface of the sleeve by a shear element, upper and lower bushings fixed on the sleeve by shear elements, according to the invention, a differential sleeve on the shear elements is mounted on the lower sleeve and the thrust is fixed a nut restricting the movement of the differential sleeve relative to the lower sleeve, in which holes are made overlapped by the differential sleeve, and these holes The holes are connected with cementing holes in the sleeve, spool and housing.

На фиг.1 изображен общий вид устройства в транспортном положении.Figure 1 shows a General view of the device in the transport position.

На фиг.2 - то же после окончания цементирования первой ступени от башмака обсадной колонны до интервала установки устройства в скважине и открытия отверстий для промывки заколонного пространства скважины над устройством.In Fig.2 - the same after the cementing of the first stage from the shoe of the casing to the interval of installation of the device in the well and opening holes for washing the annulus of the well above the device.

На фиг.3 - то же после посадки специальной пробки («бомбы») на дифференциальную втулку устройства, закрытия промывочных отверстий и открытия цементировочных отверстий.In Fig.3 - the same after landing a special plug ("bomb") on the differential sleeve of the device, closing the washing holes and opening the cementing holes.

На фиг.4 - то же после окончания цементирования второй ступени, посадки верхней продавочной цементировочной пробки на верхнюю втулку и закрытия цементировочных отверстий.Figure 4 - the same after the cementing of the second stage, landing the top squeezing cement plugs on the upper sleeve and closing the cement holes.

Устройство для ступенчатого цементирования обсадной колонны (фиг.1) состоит из корпуса 1 с цементировочными (промывочными) отверстиями А₁, пробки 2, верхнего 3 и нижнего 4 переводников, золотника 5 с цементировочными (промывочными) отверстиями А₂, разрезного фиксатора 6, гильзы 7 с цементировочными (промывочными) А₃ и технологическими отверстиями Б и В и насечкой Н, кольцевой втулки 8, срезного элемента 9, верхней втулки 10, срезного элемента 11, нижней втулки 12 с отверстиями Е, срезного элемента 13, дифференциальной втулки 14, срезного элемента 15, упорной гайки 16 и упорной шайбы 17.A device for stepwise cementing of the casing string (Fig. 1) consists of a housing 1 with cementing (flushing) holes A ₁ , cork 2, upper 3 and lower 4 sub, spool 5 with cementing (flushing) holes A ₂ , split retainer 6, sleeve 7 with cementing (flushing) A ₃ and technological holes B and C and a notch H, an annular sleeve 8, a shear element 9, an upper sleeve 10, a shear element 11, a lower sleeve 12 with holes E, a shear element 13, a differential sleeve 14, shear element 15, unitary enterprise molecular nut 16 and thrust washer 17.

Гильза 7, верхний 3 и нижний 4 переводники, корпус 1, золотник 5 и кольцевая втулка 8 образуют две технологические полости Г и Д.The sleeve 7, the upper 3 and lower 4 sub, the housing 1, the spool 5 and the ring sleeve 8 form two technological cavity G and D.

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 работает следующим образом (фиг.1-4).The device operates as follows (Fig.1-4).

После окончания цементирования первой ступени от башмака обсадной колонны до интервала установки устройства в скважине с помощью нижней продавочной пробки (на фиг.1-4 не показано), в обсадной колонне повышают избыточное внутреннее давление до среза срезного элемента 15. При этом дифференциальная втулка 14 перемещается вверх и открываются технологические отверстия Е в нижней втулке 12, сообщенные с цементировочными отверстиями А₃, А₂ и А₁ в гильзе 7, золотнике 5 и корпусе 1 соответственно, через которые осуществляют промывку заколонного пространства в скважине от тампонажного раствора, закаченного над устройством при цементировании первой ступени (фиг.2).After the cementing of the first stage from the casing shoe to the installation interval of the device in the well using the lower cork plug (not shown in Figs. 1-4), the internal pressure is increased in the casing to cut the shear element 15. In this case, the differential sleeve 14 moves up and open the technological holes E in the lower sleeve 12, in communication with the cementing holes A ₃ , A ₂ and A ₁ in the sleeve 7, the spool 5 and the housing 1, respectively, through which the annular washing is carried out equipment in the well from the cement slurry pumped over the device during cementing of the first stage (figure 2).

Затем в обсадную колонну бросают специальную пробку («бомбу») 18, которая садится на дифференциальную втулку 14, сдвигает ее до упора в упорную гайку 16, а затем под избыточным внутренним давлением срезает срезной элемент 13, перемещает нижнюю втулку 12 до упора в упорную гайку 16. При этом открываются цементировочные отверстия А₃, А₂ и А₁, через которые осуществляется цементирование обсадной колонны во вторую ступень с помощью верхней продавочной пробки 19 (фиг.3).Then a special plug (“bomb”) 18 is thrown into the casing, which sits on the differential sleeve 14, shifts it all the way into the thrust nut 16, and then cuts the shear element 13 under excessive internal pressure, moves the lower bushing 12 all the way into the thrust nut 16. At the same time, the cementing holes A ₃ , A ₂ and A ₁ are opened, through which the casing is cemented to the second stage using the upper cork plug 19 (Fig. 3).

После посадки продавочной пробки 19 на верхнюю втулку 10 под избыточным внутренним давлением срезается срезной элемент 11, верхняя втулка 10 перемещается вниз до упора в нижнюю втулку 12 и перекрывает цементировочные отверстия А₃, А₂ и А₁.After the squeeze plug 19 is planted on the upper sleeve 10, the shear element 11 is cut off under excessive internal pressure, the upper sleeve 10 moves down to the stop in the lower sleeve 12 and blocks the cementing holes A ₃ , A ₂ and A ₁ .

При этом отверстие Б сообщается с внутренней полостью устройства над верхней продавочной пробкой 19. Избыточное внутреннее давление передается через отверстие Б и полость Г на верхний торец золотника 5, который срезает срезной элемент 9 и вместе с кольцевой втулкой 8 перемещается в полости Д вниз до упора в нижний переводник 4. В этом положении золотника 5 разрезной фиксатор 6 защелкивается в насечке Н, а цементировочное отверстие А₂ смещается относительно цементировочного отверстия А₁ в корпусе 1, т.е. золотник 5 перекрывает это отверстие A₁ (фиг.4).In this case, the hole B communicates with the device’s internal cavity above the upper stopper plug 19. Excessive internal pressure is transmitted through the hole B and cavity G to the upper end of the spool 5, which cuts the shear element 9 and together with the ring sleeve 8 moves downward into the cavity D until it stops in lower sub 4. In this position of the spool 5, the split retainer 6 snaps into the notch H, and the cementing hole A ₂ shifts relative to the cementing hole A ₁ in the housing 1, i.e. spool 5 overlaps this hole A ₁ (figure 4).

После ожидаемого времени затвердевания (ОЗЦ) тампонажного раствора второй ступени цементирования обсадной колонны разбуривают цементировочную пробку 19, пробку («бомбу») 18, цементный стакан между ними, дифференциальную втулку 14 и упорную гайку 16, тем самым обеспечивают проходной канал устройства.After the expected solidification time (GC) of the cement slurry of the second casing cementing stage, a cement plug 19, a plug (“bomb”) 18, a cement cup between them, a differential sleeve 14 and a thrust nut 16 are drilled, thereby providing a passageway of the device.

Claims

A device for stepwise cementing of a casing string, including a hollow body with cementing holes and a plug in the wall, connected to the upper and lower sub, a spool with cementing holes and a split retainer, located on the inside of the body, a sleeve with cementing and technological holes and a notch on the outer surface for interaction with the retainer, located on the inner side of the spool and forming with it, sub and body, the upper and lower technologically cavity, an annular sleeve mounted in the lower cavity and fixed on the outer surface of the sleeve by a shear element, upper and lower bushings fixed on the sleeve by shear elements, characterized in that the differential sleeve is mounted on the shear elements on the lower sleeve and a thrust nut is fixed, restricting the differential movement bushings relative to the lower sleeve, in which holes are made, overlapped by a differential sleeve, and these holes are in communication with cementing holes in the gil open, spool and housing.