RU47047U1

RU47047U1 - DEVICE FOR CEMENTING AN EXTRA CASING

Info

Publication number: RU47047U1
Application number: RU2005108819/22U
Authority: RU
Inventors: И.Х. Махмутов; Д.В. Страхов; В.Б. Оснос; Р.З. Зиятдинов; М.Ф. Асадуллин
Original assignee: Открытое акционерное общество "Татнефть" имени В.Д. Шашина
Priority date: 2005-03-28
Filing date: 2005-03-28
Publication date: 2005-08-10

Abstract

Предложение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно, к строительству и ремонту скважин, обсадные колонны которых пришли в негодность, в связи с чем требуется их полная замена. Устройство содержит герметизирующий узел, включающий корпус с зубчатыми насечками, продольными пазами и подвижным седлом, пакер, установленный на корпусе и состоящий из манжеты, верхнего и нижнего упоров, и клапан, установленный в подвижном седле, заливочный узел, включающий корпус с радиальными каналами и шибер, взаимодействующий с корпусом посредством шарикового фиксатора, разрушаемого фиксатора и уплотнения. Корпусы герметизирующего и заливочного узлов соединены между собой. Подвижное седло соединено с верхним упором пакера, а нижний упор соединен срезными элементами с корпусом. Внутренний диаметр шибера заливочного узла выбран под наружный диаметр ниппеля, установленного на нижнем конце колонны насосно-компрессорных труб и снабжен конусным уступом и радиальными каналами в верхней части и кольцевой проточкой для взаимодействия с шариками фиксатора. Клапан выполнен в виде заглушки со штоком, соединенным с ниппелем ниже кольцевой проточки, при этом верхний упор оснащен цилиндрической выборкой, а подвижное седло - вставками, зафиксированными на нем срезными винтами, причем вставки выполнены с возможностью взаимодействия с нижней кромкой цилиндрической выборки верхнего упора, пакер выполнен наборным в виде чередующихся стальных шайб и эластичных манжет. В предлагаемом устройстве при запакеровке герметизирующего узла практически отсутствует гидравлический удар, который может привести к потере герметичности устройства, при этом создаются более мягкие условия посадки пакера за счет механической посадки, а это позволяет избежать повторных работ и повысить надежность герметизации в комплексе устройство - скважина.The proposal relates to the oil and gas industry, namely, to the construction and repair of wells, the casing of which has become unusable, and therefore their complete replacement is required. The device comprises a sealing assembly including a housing with serrated notches, longitudinal grooves and a movable seat, a packer mounted on the housing and consisting of a cuff, upper and lower stops, and a valve mounted in the movable saddle, a filling assembly comprising a housing with radial channels and a gate interacting with the housing through a ball retainer, destructible retainer and seals. The housings of the sealing and pouring units are interconnected. The movable seat is connected to the upper stop of the packer, and the lower stop is connected by shear elements to the body. The inner diameter of the gate of the casting unit is selected for the outer diameter of the nipple installed on the lower end of the tubing string and is equipped with a conical ledge and radial channels in the upper part and an annular groove for interaction with the retainer balls. The valve is made in the form of a plug with a stem connected to the nipple below the annular groove, the upper stop being equipped with a cylindrical selection, and the movable seat with inserts fixed with shear screws, and the inserts are designed to interact with the lower edge of the cylindrical sampling of the upper stop, packer made in the form of alternating steel washers and elastic cuffs. In the proposed device, when the sealing unit is sealed, there is practically no hydraulic shock, which can lead to a loss of tightness of the device, while milder conditions are created for the packer to be seated due to mechanical fit, and this avoids repeated work and improves the reliability of sealing in the device-well complex.

Description

Предложение относится к нефтегазодобывающей промышленности, а именно, к строительству и ремонту скважин, обсадные колонны которых пришли в негодность, в связи с чем требуется их полная замена.The proposal relates to the oil and gas industry, namely, to the construction and repair of wells, the casing of which has become unusable, and therefore their complete replacement is required.

Известно устройство (патент RU №2161241, МПК 7 Е 21 В 33/14, опубл. БИ №36 от 27.12.2000 г.)., содержащее герметизирующий узел, включающий корпус с зубчатыми насечками, пакер, установленный на корпусе и состоящий из манжеты, верхнего и нижнего упоров и обратный клапан; заливочный узел, включающий корпус с радиальными каналами и шибер, взаимодействующий с корпусом через посредство шарового фиксатора и уплотнения.A device is known (patent RU No. 2161241, IPC 7 E 21 B 33/14, publ. BI No. 36 dated December 27, 2000). Containing a sealing assembly comprising a housing with serrated notches, a packer mounted on the housing and consisting of a cuff , upper and lower stops and check valve; casting unit, comprising a housing with radial channels and a gate, interacting with the housing through a ball retainer and seal.

Недостатком устройства является его большая металлоемкость и трудоемкость изготовления и сборки, а также сложность технологического процесса его применения, кроме того, расположение заливочного узла внутри герметизирующего резко уменьшает проходное сечение устройства, а использование замковой конической резьбы не позволяет обеспечить герметичное соединение между насосно-компрессорными трубами (НКТ) и устройством.The disadvantage of this device is its high metal consumption and the complexity of manufacturing and assembly, as well as the complexity of the technological process of its application, in addition, the location of the casting unit inside the sealing sharply reduces the bore of the device, and the use of tapered tapered threads does not allow for a tight connection between the tubing ( Tubing) and device.

Наиболее близким является устройство для цементирования дополнительной обсадной колонны (патент RU №2234594, МПК 7 Е 21 В 33/14, опубл. БИ №23 от 20.08.2004 г.), содержащее герметизирующий узел, включающий корпус с зубчатыми насечками, пакер, установленный на корпусе и состоящий из манжеты, верхнего и нижнего упоров, обратный клапан; заливочный узел, включающий корпус с радиальными каналами и шибер, взаимодействующий с корпусом посредством шарикового фиксатора и уплотнения, при этом корпусы герметизирующего и заливочного узлов соединены между собой The closest is a device for cementing an additional casing string (patent RU No. 2234594, IPC 7 E 21 B 33/14, publ. BI No. 23 of 08.20.2004), containing a sealing unit, including a housing with serrated notches, a packer installed on the body and consisting of a cuff, upper and lower stops, a check valve; a casting unit including a housing with radial channels and a gate interacting with the housing by means of a ball retainer and a seal, while the housings of the sealing and pouring nodes are interconnected

по длине посредством переводника и патрубка, корпус герметизирующего узла снабжен продольными пазами и подвижным седлом, установленным внутри корпуса, и соединен срезными элементами с верхним упором пакера, а нижний упор соединен срезными элементами с корпусом, шибер заливочного узла соединен с корпусом срезными элементами, а его внутренний диаметр выбран под наружный диаметр ниппеля, установленного на нижнем конце насосно-компрессорных труб и снабжен конусным уступом и радиальными каналами в верхней части и кольцевой проточкой для взаимодействия с шариками фиксатора. Обратный клапан герметизирующего узла установлен в подвижном седле. Верхний упор пакера выполнен в виде клиновидного цилиндра и соединен с переводником срезными элементами. Шибер заливного узла выполнен с конусным уступом в верхней части для взаимодействия с конусным уступом ниппеля.along the length by means of an adapter and a nozzle, the housing of the sealing unit is provided with longitudinal grooves and a movable seat mounted inside the housing, and is connected by shear elements to the upper stop of the packer, and the lower stop is connected by shear elements to the body, the gate of the filling unit is connected to the body by shear elements, and its the inner diameter is selected for the outer diameter of the nipple mounted on the lower end of the tubing and is equipped with a conical ledge and radial channels in the upper part and an annular groove for Interaction of a detent balls. The check valve of the sealing assembly is mounted in a movable seat. The upper emphasis of the packer is made in the form of a wedge-shaped cylinder and is connected to the sub by shear elements. The gate of the filling unit is made with a conical ledge in the upper part for interaction with the conical ledge of the nipple.

Недостатком данной конструкции является то, что при посадке пакера, в момент разрушения срезных элементов подвижного седла, возникает большой перепад гидравлического давления над седлом и под ним, что приводит к возникновению гидроудара и, как следствие, к разгерметизации пакера.The disadvantage of this design is that when the packer is planted, at the time of shear elements destruction of the movable saddle, a large difference in hydraulic pressure occurs above and below the saddle, which leads to the occurrence of water hammer and, as a consequence, to the depressurization of the packer.

Технической задачей полезной модели является снижение гидравлического давления при посадке пакера и повышение надежности его герметизации.The technical task of the utility model is to reduce the hydraulic pressure during the packer landing and increase the reliability of its sealing.

Поставленная техническая задача решается предлагаемым устройством для цементирования дополнительной обсадной колонны, содержащим герметизирующий узел, включающий корпус с зубчатыми насечками, продольными пазами и подвижным седлом, пакер, установленный на корпусе и состоящий из манжеты, верхнего и нижнего упоров, и клапан, установленный в подвижном седле, заливочный узел, включающий корпус с радиальными каналами и шибер, взаимодействующий с корпусом посредством шарикового фиксатора, разрушаемого фиксатора и уплотнения, при этом корпусы герметизирующего и заливочного узлов соединены между собой по длине посредством переводника и патрубка, причем подвижное седло соединено с верхним упором пакера, а нижний упор The stated technical problem is solved by the proposed device for cementing an additional casing string containing a sealing assembly comprising a housing with serrated notches, longitudinal grooves and a movable seat, a packer mounted on the housing and consisting of a cuff, upper and lower stops, and a valve installed in the movable saddle , a casting unit including a housing with radial channels and a gate interacting with the housing by means of a ball retainer, a destructible retainer and a seal, while The systems of the sealing and filling units are interconnected along the length by means of a sub and a pipe, the movable seat being connected to the upper stop of the packer, and the lower stop

соединен срезными элементами с корпусом, при этом внутренний диаметр шибера заливочного узла выбран под наружный диаметр ниппеля, установленного на нижнем конце насосно-компрессорных труб и снабжен конусным уступом и радиальными каналами в верхней части и кольцевой проточкой для взаимодействия с шариками фиксатора.connected by shear elements to the body, while the inner diameter of the gate of the casting unit is selected for the outer diameter of the nipple installed on the lower end of the tubing and is equipped with a conical ledge and radial channels in the upper part and an annular groove for interaction with the retainer balls.

Новым является то, что клапан выполнен в виде заглушки со штоком, соединенным с ниппелем ниже кольцевой проточки, при этом верхний упор оснащен цилиндрической выборкой, а подвижное седло - вставками, зафиксированными на нем срезными винтами, причем вставки выполнены с возможностью взаимодействия с нижней кромкой цилиндрической выборки верхнего упора, пакер выполнен наборным в виде чередующихся стальных шайб и эластичных манжет.What is new is that the valve is made in the form of a plug with a stem connected to the nipple below the annular groove, while the upper stop is equipped with a cylindrical selection and the movable seat with inserts fixed with shear screws on it, and the inserts are designed to interact with the lower edge of the cylindrical sampling the upper stop, the packer is made inlaid in the form of alternating steel washers and elastic cuffs.

На фиг.1 изображен герметизирующий узел устройства, с введенным внутрь клапаном.Figure 1 shows the sealing unit of the device, with the valve inserted inside.

На фиг.2 изображен заливочный узел устройства, с введенным внутрь ниппелем на НКТ.Figure 2 shows the filling unit of the device, with the inserted nipple on the tubing.

Предлагаемое устройство включает в себя два узла: герметизирующий 1 и заливочный 2.The proposed device includes two nodes: sealing 1 and filling 2.

Герметизирующий узел 1 (см. фиг.1) состоит из корпуса 3 с продольными пазами 4 и зубчатыми насечками 5. Телескопически к корпусу 3 снаружи установлен пакер, включающий в себя нижний упор 6, соединенный с корпусом 3 срезными элементами 7, чередующиеся стальные шайбы 8 и эластичные манжеты 9, верхний упор 10, оснащенный цилиндрической выборкой 11. Верхний упор 10 соединен с переводником 12 с помощью срезных элементов 13. Между верхним упором 10 и переводником 12 находится стопорное кольцо 14.The sealing assembly 1 (see Fig. 1) consists of a housing 3 with longitudinal grooves 4 and serrated notches 5. A packer is mounted telescopically to the housing 3 from the outside, including a lower stop 6 connected to the housing 3 by shear elements 7, alternating steel washers 8 and elastic cuffs 9, the upper stop 10, equipped with a cylindrical selection 11. The upper stop 10 is connected to the sub 12 using shear elements 13. Between the upper stop 10 and the sub 12 there is a snap ring 14.

Внутри корпуса 3 установлено подвижное седло 15 с центральным отверситием, соединенное срезными элементами 16, расположенными во вставках 17, которые размещенны Inside the housing 3, a movable saddle 15 with a central opening is installed, connected by shear elements 16 located in the inserts 17, which are placed

в продольных пазах 4 корпуса 3 и имеют возможность взаимодействия с нижней кромкой цилиндрической выборки 11 верхнего упора 10.in the longitudinal grooves 4 of the housing 3 and have the ability to interact with the lower edge of the cylindrical sample 11 of the upper stop 10.

В подвижном седле 15 герметично расположен клапан 18, выполненный в виде заглушки со штоком 19 и сверху (см. фиг.1 и 2) жестко соединенный с ниппелем 20. На конце корпуса 3 навернут башмак 21.In the movable seat 15, a valve 18 is hermetically located, made in the form of a plug with a rod 19 and from above (see Figs. 1 and 2) rigidly connected to a nipple 20. At the end of the housing 3, shoe 21 is screwed.

Корпус 3 герметизирующего узла 1 посредством муфты 22 и патрубка 23 соединен с корпусом 24 заливочного узла 2 (см. фиг.2), снабженным радиальными каналами 25 и кольцевой проточкой 26. Телескопически внутри корпуса 24, напротив радиальных каналов 25 и кольцевой проточки 26 установлен шибер 27, соединенный с корпусом 24 разрушаемым фиксатором 28. Шибер 27 имеет гнезда 29, в которых установлены шариковые фиксаторы 30, взаимодействующие с кольцевой проточкой 26 корпуса 24. Сопрягаемые поверхности узлов снабжены уплотнениями 31.The housing 3 of the sealing unit 1 by means of the coupling 22 and the pipe 23 is connected to the housing 24 of the casting unit 2 (see figure 2), equipped with radial channels 25 and an annular groove 26. A telescopic slide is installed inside the housing 24, opposite the radial channels 25 and the annular groove 26 27 connected to the housing 24 with a destructible latch 28. The gate 27 has sockets 29 in which ball clips 30 are mounted, interacting with the annular groove 26 of the housing 24. The mating surfaces of the nodes are provided with seals 31.

Работает устройство следующим образом.The device operates as follows.

Герметизирующий 1 и заливочный 2 узлы, соединенные вместе с помощью муфты 22 (см. фиг.2) и патрубка 23, на дополнительной обсадной колонне (ДОК) 32 спускают в скважину и устанавливают в неизношенном участке эксплуатационной колонны (на фиг.1 и 2 не показано) с не разрушенным заколонным цементным кольцом, подтвержденным геофизическими исследованиями.Sealing 1 and pouring 2 nodes connected together using a sleeve 22 (see figure 2) and a pipe 23, on an additional casing (DOK) 32 is lowered into the well and installed in an unworn section of the production string (in Figs. 1 and 2 do not shown) with an unbroken annular cement ring, confirmed by geophysical studies.

Затем внутрь ДОК 32 (см. фиг.1 и 2) спускают колонну НКТ 33, снабженную на конце ниппелем 20, наружный диаметр которого равен внутреннему диаметру шибера 27. Ниппель 20 в нижней части на наружной поверхности имеет кольцевую проточку 34 для взаимодействия с шариками 30 фиксатора, находящимися в гнездах 29, а в верхней части - радиальные каналы 35 и конусный уступ 36 для взаимодействия с конусным уступом 37 шибера 27. Спуск колонны НКТ 33 продолжают до тех пор, пока клапан 18 (см. фиг.1), выполненный в виде заглушки и штока 19, жестко соединенный с ниппелем 20, герметично не сядет в центральное отверстие подвижного седла 15.Then, the tubing string 33, provided at the end with a nipple 20, the outer diameter of which is equal to the inner diameter of the gate 27, is lowered into the DOK 32 (see FIGS. 1 and 2). The nipple 20 has an annular groove 34 in the lower part on the outer surface for interaction with the balls 30 the latch located in the sockets 29, and in the upper part there are radial channels 35 and a conical step 36 for interacting with the conical ledge 37 of the gate 27. The tubing string 33 is continued to descend until the valve 18 (see Fig. 1), made in in the form of a plug and rod 19, rigidly connected to the nipple 20, seal clearly does not sit in the central hole of the movable saddle 15.

После этого производят запакеровку герметизирующего узла 1 путем разгрузки колонны НКТ 33 на подвижное седло 15. Под действием веса колонны НКТ 33, сама колонна НКТ 33, а также подвижное седло 15 и верхний упор 10 пакера, благодаря тому, что они соединены между собой посредством вставок 17 со срезными элементами 16, размещенных в продольных пазах 4 корпуса 3, перемещаются вниз, при этом разрушаются срезные элементы 13. Верхний упор 10 пакера своим нижним торцом воздействует на стальные шайбы 8 и эластичные манжеты 9 и плотно прижимает последние к стенке эксплуатационной колонны. Процесс запакеровки продолжается до тех пор, пока срезные элементы 16 достигнут нижней части продольного паза 4 и разрушатся под действием веса колонны НКТ 33. При этом стопорное кольцо 14 зацепится за зубчатые насечки 5 на корпусе 3 и зафиксирует пакер в рабочем положении.After that, the sealing unit 1 is sealed by unloading the tubing string 33 onto the movable saddle 15. Under the influence of the tubing string 33 weight, the tubing string 33 itself, as well as the movable saddle 15 and the upper stop 10 of the packer, due to the fact that they are interconnected by inserts 17 with shear elements 16 located in the longitudinal grooves 4 of the housing 3, move downward, while the shear elements 13 are destroyed. The upper stop 10 of the packer with its lower end acts on steel washers 8 and elastic cuffs 9 and tightly presses the latter against the wall operation In column. The packing process continues until the shear elements 16 reach the bottom of the longitudinal groove 4 and collapse under the influence of the weight of the tubing string 33. In this case, the snap ring 14 will hook onto the gear notches 5 on the housing 3 and fix the packer in the working position.

В случае, если веса колонны НКТ недостаточно (небольшая глубина спуска ДОК 32) для разрушения срезных элементов 16, необходимо полностью разгрузить колонну НКТЗЗ на подвижное седло 15 и загерметизировать устье скважины (на фиг.1 и 2 не показано) между ДОК 32 и колонной НКТ 33. После этого обвязать насосный агрегат (на фиг.1 и 2 не показано) с колонной НКТ 33 на устье скважины и создать дополнительно гидравлическое давление внутри ДОК 32, под действием которого подвижное седло 15 окажется выдавленным из корпуса 3 и упадет на забой скважины.If the weight of the tubing string is insufficient (small depth of descent of the DOK 32) to destroy shear elements 16, it is necessary to completely unload the tubing string to the movable saddle 15 and seal the wellhead (not shown in FIGS. 1 and 2) between the DOK 32 and the tubing string 33. After that, tie the pump assembly (not shown in Figs. 1 and 2) with the tubing string 33 at the wellhead and create additional hydraulic pressure inside the DOK 32, under the action of which the movable saddle 15 will be squeezed out of the casing 3 and fall onto the bottom of the well.

Процесс запакеровки окончен. Циркуляцией проверяют герметичность посадки устройства.The packing process is over. By checking the tightness of the landing device.

При необходимости извлечения, устройство вместе с ДОК 32 извлекают из скважины. Для этого делают натяжку ДОК 32, при этом срезные элементы 7 разрушаются, эластичные манжеты 9 отходят от стенки эксплуатационной колонны.If extraction is necessary, the device together with the DOK 32 is removed from the well. To do this, make a stretch of the DOK 32, while the shear elements 7 are destroyed, the elastic cuffs 9 extend from the wall of the production string.

После запакеровки разгерметизируют устье скважины и доспускают колонну НКТ 33 (см. фиг.2) до тех пор, пока ниппель 34 не войдет внутрь шибера 27, конусный уступ 36 сядет на конусный уступ 37 шибера 27, при этом кольцевая проточка 34 установится After packing, the wellhead is depressurized and the tubing string 33 is lowered (see Fig. 2) until the nipple 34 goes inside the gate 27, the conical ledge 36 sits on the conical ledge 37 of the gate 27, and the annular groove 34 is installed

напротив шариков 30 фиксатора. Срезной элемент 28 разрушается, шарики 30 фиксатора притапливаются в кольцевой проточке 34 ниппеля 20 и тем самым выходят из зацепления с кольцевой проточкой 26 в корпусе 24 заливочного узла. При дальнейшем спуске колонны НКТ 33 шарики 30 фиксатора упрутся в верхний торец патрубка 23, после чего колонну НКТ 33 разгружают и герметизируют устье скважины. Затем по колонне НКТ 33 в межколонное пространство между ДОК 32 и эксплуатационной колонной закачивают, а затем продавливают жидкостью продавки расчетный объем цементного раствора, при этом от попадания цементного раствора внутрь герметизирующего узла предохраняет уплотнительный элемент 38 ниппеля 20. После этого колонну НКТ 33 приподнимают, при этом ниппель 20 толкает шарики 30 фиксатора с шибером 27 вверх и последний перекрывает радиальные отверстия 25. Дойдя до проточки 26 корпуса 24, шариковые фиксаторы 30 входят в нее и тем самым освобождают ниппель 20. Колонну НКТ 33 с ниппелем 20 поднимают на поверхность. После ожидания затвердевания цемента шибер 27 сбивают любым инструментом на колонне НКТ 33. После этого в скважину спускают необходимое оборудование и продолжают ее дальнейшую эксплуатацию.opposite the balls 30 of the retainer. The shear element 28 is destroyed, the retainer balls 30 are sunk in the annular groove 34 of the nipple 20 and thereby disengage from the annular groove 26 in the housing 24 of the casting assembly. With further descent of the tubing string 33, the retainer balls 30 will abut against the upper end of the pipe 23, after which the tubing string 33 is unloaded and sealed at the wellhead. Then, the calculated volume of cement mortar is pumped through the tubing string 33 into the annular space between the DOK 32 and the production string, and then the squeezing fluid is pressed through with the squeezing fluid, and the sealing element 38 of the nipple 20 is protected from the penetration of the cement mortar into the sealing unit. this nipple 20 pushes the retainer balls 30 with the gate 27 up and the latter blocks the radial holes 25. Having reached the groove 26 of the housing 24, the ball retainers 30 enter into it and thereby release ppel 20. The tubing 33 with the pin 20 is raised to the surface. After waiting for the hardening of the cement, the gate 27 is knocked down with any tool on the tubing string 33. After that, the necessary equipment is lowered into the well and its further operation is continued.

В предлагаемом устройстве при запакеровке герметизирующего узла практически отсутствует гидравлический удар, который может привести к потере герметичности устройства, при этом создаются более мягкие условия посадки пакера за счет механической посадки, а это позволяет избежать повторных работ и повысить надежность герметизации в комплексе устройство - скважина.In the proposed device, when the sealing unit is sealed, there is practically no hydraulic shock, which can lead to a loss of tightness of the device, while milder conditions are created for the packer to be seated due to mechanical fit, and this avoids repeated work and improves the reliability of sealing in the device-well complex.

Claims

A device for cementing an additional casing string comprising a sealing assembly including a housing with serrated notches, longitudinal grooves and a movable seat, a packer mounted on the housing and consisting of a cuff, upper and lower stops, and a valve mounted in the movable saddle, a filling assembly including a housing with radial channels and a gate interacting with the housing by means of a ball retainer, a destructible retainer and seals, while the housings of the sealing and pouring units are connected between along the length by means of an adapter and a pipe, and the movable seat is connected to the upper stop of the packer, and the lower stop is connected by shear elements to the housing, while the inner diameter of the gate of the casting unit is selected for the outer diameter of the nipple mounted on the lower end of the tubing and equipped with a conical ledge and radial channels in the upper part and an annular groove for interaction with the balls of the retainer, characterized in that the valve is made in the form of a plug with a stem connected to a nipple below the count tsevoy bore, wherein the upper stop is equipped with a cylindrical sample, and the movable saddle - inserts fixed thereon via shear screws, and insert adapted to cooperate with the lower edge of the cylindrical upper stop sampling, the packer is formed in typesetting the form of alternating steel washers and elastic cuffs.