SU1602974A1 - Тампонажное устройство - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к бурению скважин. Цель - повышение надежности тампонировани  скважин за счет исключени  поршневого эффекта при сн тии устройства с забо . Устройство содержит корпус 7 с осевым каналом и сливными окнами 8. Под окнами установлен контейнер 1 с поршнем (П) 2, раздел ющим внутренний объем контейнера 1 на надпоршневую полость 3 и рабочую 4 полость, заполненную тампонажным раствором (ТР). С нижней частью контейнера 1 соединена опорна  труба (ОТ) 5. В нижней части контейнера 1 размещена пробка 18. Над контейнером 1 установлен пульсатор, содержащий верхний 9 и нижний 10 переходники и размещенные в канале корпуса 7 приемное сопло 11 и питающее сопло 13. Сопло 11 сообщаетс  с полостью 3. Сопло 13 соединено с переходником 9 с возможностью вращени  относительно сопла 11. Внутри корпуса 7 над окнами 8 закреплен плоский затвор 14 и установлен подпружиненный относительно корпуса 7 затвор 21 окон 8. Затвор 14 взаимодействует с соплом 13. Затвор 21 перекрывает окна 8 в конце рабочего хода П 2, св занного с ним гибкой св зью 24. В верхней и нижней част х ОТ 5 установлены соответственно крышка 26 и днище 27 со сливным отверстием 28. В нижней части ОТ 5 установлен с возможностью перекрыти  отверсти  28 при транспортировке устройства нижний затвор 29. Между крышкой 26 и днищем 27 ОТ 5 заполнена жидкостью, инертной к ТР, или самим ТР, или ускорителем схватывани  ТР. На выходе сопла 13 формируетс  напорна  стру , котора  при совмещении сопл 13 и 11 создает рабочее импульсное давление, под воздействием которого П 2 совершает импульсное движение вниз и выдавливает пробку 18 и ТР. Повышение давлени  служит сигналом об окончании выдавливани  ТР. При отрыве ОТ 5 от забо  под ней образуетс  полость разрежени . Затвор 29 перемещаетс  вниз, открыва  отверсти  28. Жидкость из полости ОТ 5 изливаетс , исключа  поршневой эффект. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Description

тейнера 1 соединена опорна  труба (ОТ) 5. В нижней части контейнера 1 размещена пробка 18. Над контейнером 1 установлен пульсатор, содержащий верхний 9 и нижний 10 переходники и размещенные в канале корпуса 7 приемное сопло 11 и питающее сопло 13, Сопло 11 сообщаетс  с полостью 3. Сопло 13 соединено с переходником 9 с возможностью вращени  относительно сопла 11. Внутри корпуса 7 над окнами 8 закреплен плоский затвор 14 и установлен подпружиненный относительно корпуса 7 затвор 21 окон 8. Затвор 14 взаимодействует с соплом 13, Затвор 21 перекрывает-окна 8 в конце рабочего хода П 2, св занного С ним гибкой св зью 24. В верхней и нижней част х ОТ 5 установлены соответственно крыщка 26 и днище 27 со сливным отверсти- ем 28. В нижней части ОТ 5 установлен с

возможностью перекрыти  отверсти  28 при транспортировке устройства нижний затвор 29. Между крышкой 26 и днищем 27 ОТ 5 заполнена жидкостью, инертной к ТР, или самим ТР, или ускорителем схватывани  ТР. На выходе сопла 13 формируетс  напорна  стру , котора  при совмещении сопл 13 и 11 создает рабочее импульсное давление, под воздействием которого П 2 совершает импульсное движение вниз и выдавливает пробку 18 и ТР. Повышение давлени  служит сигналом об окончании выдавливани  ТР, При отрыве ОТ 5 от забо  под ней образуетс  полость разрежени . Затвор 29 перемещаетс  , открыва  отверсти  28. Жидкость из полости ОТ 5 изливаетс , исключа  поршневой эффект. 3 з.п, ф-лы, 3 ил.

Изобретение относитс  к бурению скважин , в частности к устройствам дл  их тампонировани .

Целью изобретени   вл етс  повышение надежности тампонировани  скважин за счет исключени  поршневого эффекта при сн тии устройства с забо .

На фиг. 1 представлено тампонажное устройство, общий вид; на фиг. 2 - нижний затвор опорной трубы; на фиг. 3 - вариант компоновки нижнего затвора.

Тампонажное устройство включает контейнер 1 с поршнем 2, раздел ющим внутренний объем контейнера на надпор- шневую гидравлическую полость 3 и рабочую полость 4, заполненную тампонажным раствором, опорную трубу 5, соединенную с нижней частью контейнера 1 через перфорированный патрубок 6, установленный над . контейнером пульсатор в корпусе 7 с осевым каналом и сливными окнами 8, Пульсатор содержит верхний 9 и нижний 10 переходники, размещенные в осевом канале корпуса 7 приемное сопло 11, установленное на нижнем переходнике ТО и сообщающеес  с надпоршневой полостью 3 контейнера, ротор 12 по меньшей мере с одним питающим соплом 13, сое,диненный с верхним переходником 9 с возможностью вращени  относительно приемного сопла 11. Сопла 11 и 13 выполнены, с равным эксцентриситетом относительно оси устройства . При необходимости создани  на выходе пульсатора рабочих импульсов высокой частоты без наращивани  числа оборотов буровой колонны, привод щей во вращение верхний переходник 9 пульсатора, в роторе 12 выполн етс  несколько питающих сопел

13, расположенных на одной окружности на равном рассто нии друг от друга. Внутри KOf nyca 7 над его сливными окнами 8 устанавливаетс  и закрепл етс  относительно

указанного корпуса взаимодействующий с питающими соплами 13 плоский затвор 14 с окном 15 в зоне приемного сопла 11. Окно 15 выполн етс  на той же о кружности, что и питающие сопла 13, а его длина делаетс 

равной длине дуги между соседними питающими соплами 13. К нижнему (как показано на фиг. 1) или верхнему (между нижним переходником 10 пульсатора и контейнером 1) концу контейнера 1 крепитс  пакер, выполненный , например, в виде набора упругих уплотнительных элементов 16 и разделительных колец 17. Выходное отверстие в нижнем конце контейнера 1 закрыто пробкой 18. Дл  разобщени  вращающихс  сопел 13 и неподвижного сопла 11 между

верхним переходником 9 пульсатора и его

корпусом 7 установлен подшипник 19, па кер выполнен с возможностью исключени 

взаимного проворачивани  его подвижных

и неподвижных частей (например, за счет применени  в его конструкции шпоночного или шлицевого соединени ), а на конце опорной трубы 5 установлена бурова  коронка 20, преп тствующа  вращению опорной трубы относительно забо  скважины. Устройство снабжено сигнализатором окончани  рабочего хода поршн  2, содержащим золотниковый затвор 21 сливных окон 8. размещенный в корпусе 7 над его сливными

окнами 8 с возможностью их частичного или полного перекрыти  в конце рабочего хода поршн  2. Золотник 21 фиксируетс  в корпусе в исходном положении пружиной 22 и

соединен с поршнем 2 штоком 23 и гибкой св зью 24. В торцовой части золотника 21 выполнены отверсти  25 дл  прохода промывочной жидкости.

Опорна  труба 5 снабжена крышкой (заглушкой ) 26 в верхней и днищем 27 в нижней части и заполнена жидкостью, инертной по отношению к тампонажному материалу, заполн ющему рабочую полость 4 контейнера (например, водой, глинисть1м раствором и т.п.), или тампонажным раствором различного состава и рецептуры или ускорителем схватывани  тампонажного раствора, заполн ющего рабочую полость контейнера (например, жидким стеклом, хлористым кальцием и т.п.). В днище 27 выполнено сливное отверстие 28, а в нижней части опорной трубы установлен подпружиненный нижний затвор 29 с возможностью перекрыти  сливного отверсти  28 днища 27 при транспортировке устройства к забою. Указанный затвор выполн ет функцию обратного клапана и может иметь различное конструктивное исполнение, одно из которых показано на фиг. 2. В представленной конструкции плоский затвор 29 снабжен штоком 30 и поджат при помощи пружины 31 к днищу 27, в котором выполнены сливные отверсти  32. Пружина 31 опираетс  верхним торцом на опору 33, соединенную со штоком 30. Опора 33 одновременно слу- жит направл ющей верхнего конца штока 30 при его возвратно-поступательном движении , а в качестве направл ющей нижнего конца указанного штока служит осевое отверстие в днище 27. В опоре 33 выполнены отверсти  34 дл  прохода промывочной жидкости, а затвор 29 снабжен уплотнением 25, исключающим утечки жидкости через затвор при транспортировке устройства к зоне тампонировани . В случае, когда заливаема  в опорную трубу 5 жидкость (например , тампонажный раствор, ускоритель схватывани  тампонажного раствора и т.п.) агрессивна по отношению к детал м затвора или же обладает высокой в зкостью , преп тствующей нормальному перемещению пружины 31, ее опоры 33 и штока 30, конструкци  затвора может быть видоизменена и выполнена в варианте, показанном на фиг. 3. В данном варианте затвор размещен в патрубке 36 опорной трубой 5 и корпусом коронки .20, а пружина 31 с опорой 33 и шток 30 размещены в герметичном кожухе 37, закрытом сверху крышкой 38 с уплотнением 39, а снизу - днищем 40, в котором выполнены тверста  41 дл  прохода жидкости к забою. Тампонажное устройство работает слеующим образом.

Рабочую полость 4 контейнера заправл ют тампонажным раствором, а во внутреннюю полость опорной трубы 5 заливают жидкость (например, воду, глинистый или 5 тампонажный раствор или ускоритель срока схватывани  тампонажного раствора, заправленного в рабочую полость 4), после чего устройство опускают в скважину к зоне тампонировани , расположенной над есте- 10 ственным или искусственным забоем. По достижению забо  устройство нагружают осевым усилием, под действием которого упругие элементы 16 пакера перекрывают радиальный зазор между устройством и 15 стенками скважины. После изол ции тампонируемого интервала пакером привод т во вращение буровую колонну, на которой подвешено устройство, и включают буровой насос , соединенный с указанной колонной. 20 Ротор 12с питающими соплами 13 получает вращение от верхнего переходника 9, соединенного с буровой колонной, а к питающим соплам 13 подводитс  промывочна  жидкость, нагнетаема  буровым насосом по 25 буровой колонне. В процессе вращени  ротора 12 каждое из питающих сопел 13 периодически (при каждом обороте ротора) сообщаетс  с окном 15 плоского затвора 14. На выходе сопла 13 формируетс  напорна  30 стру , котора  при совмещении сопел 13 и 11 формирует в последнем рабочий импульс давлени , который заканчиваетс  после расхождени  указанных сопел. При совмещении с приемным соплом 11 следующего 35 питающего сопла 13 в нем формируетс  очередной импульс давлени . В результате на выходе приемного сопла 11 и соотеетствен- но в надпоршневой полости 3 контейнера формируетс  пульсирующее давление с ча- 40 стотой, равной частоте вращени  ротора 12, умноженной на число питающих сопел 13, выполненных в указанном роторе. Рабоча  жидкость, не попадающа  в приемное сопло 11. сливаетс  через отверсти  25 в золотни- 5 ке 21 -и сливные окна 8 в затрубное пространство скважины.

Под воздействием пульсируюи его давлени  со стороны надпоршневой полости 3 поршень 2 совершает импульсное движе- 0 ние вниз. Пробка 18 выходит из сливного отверсти  контейнера 1 и опускаетс  ниже отверстий перфорированного патрубка 6, после чего тампонажный раствор вытесн етс  поршнем 2 из рабочей полости4 в зону 5 тампонировани  через боковые отверсти  патрубка 6. В результате воздействи  пульсирующего давлени  со стороны поршн  2 тампонажный раствор проникает в трещины , поры и каверны, сообщающиес  со стенками ствола скважины.

В конце рабочего хода поршень 2 с помощью троса 24 перемещает золотник 21 вниз, что приводит к перекрытию указанным золотником сливных окон 8 корпуса 7; в результате чего возрастает давление во внутренней полости корпуса 7 и соответственно в соплах 13 и осевом канале верхнего переходника 9. Указанный рост давлени  служит информационным сигналом об окон- .чании работы устройства, который передаетс  по столбу жидкости, заполн ющей буровую колонну, к поверхностному сиг-, нальному устройству, вырабать1вающему информационный сигнал, оповещающий бурового мастера об окончании работы устройства . После получени  указанного сигнала вращение колонны и подачу рабочей жидкости прекращают и производ т подъем тампонажного устройства с забо . Под действием упругих сил пружины 22 и уплотнительных элементов 16 золотник 21 и детали пакера возвращаютс  в исходное положение .

При отрыве опорной трубы 5 от забо  под ней образуетс  полость разрежени  (вакуум ),, в результате чего затвор 29 перемещаетс  вниз, обеспечива  слив жидкости из опорной трубы 5 на забой, благодар  чему исключаетс  поршневой эффект и соответственно его отрицательное вли ние на качество тампонировани , как это имеет место, в прототипе. При прохождении нижним концом устройства затампонированного интервала (от забо  до уровн , на котором находитс  верхний конец опорной трубы 5 при постановке устройства на забой) в процессе подъема устройства с забо  целесообразно сообщать устройству шаговое импульсное (толчками) движение вверх, в процессе которого в жидкости, заполн ющей внутреннюю полость опорной трубы 5, возникают силы инерции, способствующие сливу указанной жидкости из опорной трубы .

В случае заливки в опорную трубу 5 тампонажного раствора обеспечиваетсй возможность доставки в зону тампонировани  дополнительного объема тампонажного материала , что повышает надежность тампонировани , особенно при борьбе с поглощением промывочной жидкости, когда требуетс  доставка в зону тампонировани  значительных объемов.тампонажных материалов. Заливка же в опорную трубу 5 ускорител  схватывани  тампонажного раствора , заполн ющего рабочую полость 4 контейнера, позвол ет сократить зрем . отводимое на ожидание окончани  схватывани  тампонажного растворе поСле тампонировани , что снижает простой скважины при ее тампонировании и соответственно повышает производительность буровых работ. В цел х более эффективного смешени  ускорител  схватывани , вытекающего из опорной трубы 5 в процессе отрыва ее от забо , с тампонажным раствором, наход щимс  в скважине в зоне опорной трубы, целесообразно в процессе подъема последней в призабойном интервале сообщать устройству возвратно-поступательные движени  с амплитудой, равной 0,5-3 диаметра опорной тру5ы. После подъема устройства над забоем на высоту, равную длине опорной трубы 5, его поднимают на

поверхность в обычном пор дке.

Форму л а и 3 о бретени  

Claims (4)

1.Тампонажное устройство, включаю- щее корпус с осевым каналом и сливными

окнами, размещенный под сливными окнами контейнер с пробкой в нижней части и поршнем, раздел ющим его на надпор-. шневую полость .и рабочую полость, заполненную тампонажным раствором, установленный над контейнером пульсатор, содержащий верхний и нижний переходники , размещенные внутри осевого канала корпуса приемное сопло, сообщающеес  с

надпоршневой полостью контейнера и питающие сопла, соединенные с верхним переходником с возможностью вращени  относительно приемного сопла, установленный с возможностью взаимодействи  с питающими соплами и закрепленный в корпусе над сливными окнами плоский затвор , подпружиненный относительно корпуса затвор сливных окон, св занный гибкой св зью с поршнем и установленный с возможностью перекрыти  сливных окон в конце рабочего хода последнего, и св занную с нижней частью контейнера опорную трубу, отличающеес  тем, что, с целью повышени  надежности тампонировани 

скважин за счет исключени  поршневого эффекта при сн тии устройства с забо , оно снабжено крышкой и днищем со сливным отверстием, установленными.в верхней и нижней част х опорной трубы соответственно , и нижним затвором, при этом опорна  труба заполнена жидкостью, а нижний затвор подпружинен относительно опорной трубь и установлен с возможностью перекрыти  сливного отверсти  днища при

транспортировке устройства.

2.Устройство по п. 1, отличающее- с   тем, что жидкость, заполн юща  опорную трубу, инертна по отношению к тампо- нажному раствору,

3. Устройство по п. 1, отличающее- с   тгем, что в качестве жидкости, заполн ющей опорную трубу, используетс  тампо- нажный раствор.

Фиг. 2

4. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю-щ е е- с   тек что в качестве жидкости, заполн ющей опорную трубу, используетс  ускоритель схватывани  тампонажного раствора.

20

Фиг. 5