RU49098U1

RU49098U1 - Casing Cementing Device

Info

Publication number: RU49098U1
Application number: RU2005114888/22U
Authority: RU
Inventors: М.Н. Студенский; В.А. Старов; А.М. Луконин; Т.В. Иванова; Р.Г. Габдуллин; Д.В. Страхов; Р.З. Зиятдинов; З.Р. Салахова
Original assignee: ООО "Татнефть-Бурение"
Priority date: 2005-05-16
Filing date: 2005-05-16
Publication date: 2005-11-10

Abstract

Предложение относится к нефтедобывающей промышленности, в частности, к технологии цементирования обсадных колонн в нефтяных и газовых скважинах.The proposal relates to the oil industry, in particular, to the technology of cementing casing strings in oil and gas wells.

Устройство для цементирования обсадной колонны в скважине включает «стон-кольцо» в виде заглушенного снизу патрубка с продольными пазами и радиальными каналами с кольцевым уступом вверху и конусной поверхностью внизу, телескопически к которому в нижней муфте обсадной колонны установлено нижнее опорное кольцо, снабженное с резными элементами, свободные концы которых входят в продольные пазы патрубка и имеет в нижнем торце конусную расточку, адекватную конусной поверхности патрубка.A device for cementing a casing string in a well includes a groan-ring in the form of a pipe plugged from below with longitudinal grooves and radial channels with an annular ledge at the top and a conical surface at the bottom, to which a lower support ring equipped with carved elements is installed in the lower casing sleeve , the free ends of which are included in the longitudinal grooves of the pipe and has in the lower end a conical bore adequate to the conical surface of the pipe.

Устройство снабжено верхним опорным кольцом, установленным в верхней муфте, выполненным с кольцевой расточкой на внутренней поверхности в нижней части, внутренний диаметр которого равен наружному диаметру заглушки, расположенной на нижнем конце промывочных труб и выполненной в виде двух телескопически соединенных деталей, верхняя из которых жестко связана с промывочными трубами. Нижняя деталь соединена с верхней деталью срезными элементами и снабжена пружинным фиксатором на наружной поверхности, сжатым в транспортном положении посредством конусной втулки, установленной на наружной поверхности нижней детали и соединенной разрушаемым штифтом с нижним концом колонны промывочных труб, Конусная втулка в рабочем положении взаимодействует с верхним опорным кольцом. Над заглушкой имеются радиальные каналы, соединяющие внутреннюю полость промывочных труб с межколонным пространством, причем нижняя и верхняя муфты соединены патрубком.The device is equipped with an upper support ring installed in the upper sleeve, made with an annular bore on the inner surface in the lower part, the inner diameter of which is equal to the outer diameter of the plug located at the lower end of the washing pipes and made in the form of two telescopically connected parts, the upper of which is rigidly connected with flushing pipes. The lower part is connected to the upper part by shear elements and is equipped with a spring lock on the outer surface, compressed in the transport position by means of a conical sleeve mounted on the outer surface of the lower part and connected by a destructible pin to the lower end of the flushing pipe string. The conical sleeve in the working position interacts with the upper support the ring. Above the plug there are radial channels connecting the inner cavity of the washing pipes with the annular space, the lower and upper couplings being connected by a pipe.

Благодаря тому, что в процессе круговой циркуляции тампонажного раствора, последний не подвергает эрозии уплотняемые поверхности в зоне верхнего опорного кольца, достигается надежная и гарантированная герметизация низа обсадной колонны.Due to the fact that during the circular circulation of the cement slurry, the latter does not erode the sealing surfaces in the area of the upper support ring, reliable and guaranteed sealing of the bottom of the casing is achieved.

Description

Известно устройство для цементирования обсадной колонны, выполненное в виде подпружиненного обратного клапана тарельчатого типа, установленное на нижнем конце обсадной колонны, спускаемой в скважину (Патент RU №2086752, МПК 6 Е 21 В 33/14, 1997 г.).A device for cementing a casing string, made in the form of a spring-loaded poppet type check valve, is installed on the lower end of the casing string being lowered into the well (Patent RU No. 2086752, IPC 6 E 21 B 33/14, 1997).

Недостатки устройства:The disadvantages of the device:

- необходимость долива скважины во время спуска обсадной колонны;- the need to replenish the well during the descent of the casing string;

- при средних и высоких скоростях спуска обсадной колоны возможен гидроразрыв пластов;- at medium and high casing descent speeds, hydraulic fracturing is possible;

- необходимость создания противодавления на устье скважины при промывке и закачке тампонажного раствора;- the need to create backpressure at the wellhead during flushing and injection of cement slurry;

- отсутствует возможность изготовления всех деталей клапана из разбуриваемых материалов, что может усложнить дальнейшее углубление скважины.- there is no possibility of manufacturing all valve parts from drilled materials, which may complicate further deepening of the well.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, посредством которого осуществляется способ цементирования обсадной колонны в скважине (Патент RU №2235860, МПК 7 Е 21 В 33/14, 2004 г.), включающее «стоп-кольцо» в виде заглушенного снизу патрубка с продольными пазами и радиальными каналами с кольцевым уступом вверху и конусной поверхностью внизу, телескопически к которому в нижней муфте обсадной колонны установлено нижнее опорное кольцо, снабженное срезными элементами, свободные концы которых входят в продольные пазы патрубка и имеет в нижнем торце конусную расточку, адекватную конусной поверхности патрубка.The closest in technical essence to the proposed one is a device by which a method of cementing a casing string in a well is carried out (Patent RU No. 2235860, IPC 7 E 21 B 33/14, 2004), comprising a “stop ring” in the form of a nozzle plugged from below with longitudinal grooves and radial channels with an annular ledge at the top and a conical surface at the bottom, telescopically to which a lower support ring is installed in the lower sleeve of the casing, equipped with shear elements, the free ends of which are included in the longitudinal grooves atrubka and has a lower end of the conical bore, adequate conical nozzle surface.

Недостатком устройства является:The disadvantage of this device is:

- виду того, что тампонажный раствор является абразивным материалом, при круговой циркуляции при прохождении тампонажного раствора через устройство происходит размыв сопрягаемых (уплотнительных) поверхностей, что приводит к недостаточной герметизации этих поверхностей и возможному проходу тампонажного раствора во внутрь обсадной колонны.- since cement slurry is an abrasive material, during circular circulation when cement slurry passes through the device, mating (sealing) surfaces erode, which leads to insufficient sealing of these surfaces and possible passage of cement slurry into the casing string.

Задачей полезной модели является разработка конструкции устройства, которое обеспечивало бы надежную герметизацию устройства после закачки тампонажного раствора в скважину.The objective of the utility model is to develop the design of the device, which would provide reliable sealing of the device after pumping cement slurry into the well.

Указанная задача решается предлагаемым устройством для цементирования обсадной колонны в скважине, включающим «стоп-кольцо» в виде заглушенного снизу патрубка с продольными пазами и радиальными каналами с кольцевым уступом вверху и конусной поверхностью внизу, телескопически к которому в нижней муфте обсадной колонны установлено нижнее опорное кольцо, снабженное срезными элементами, свободные концы которых входят в продольные пазы патрубка и имеет в нижнем торце конусную расточку, адекватную конусной поверхности патрубка.This problem is solved by the proposed device for cementing the casing string in the well, including a “stop ring” in the form of a pipe plugged down from the bottom with longitudinal grooves and radial channels with an annular ledge at the top and a conical surface at the bottom, to which a lower support ring is mounted telescopically to which in the lower casing sleeve equipped with shear elements, the free ends of which are included in the longitudinal grooves of the pipe and has in the lower end a conical bore adequate to the conical surface of the pipe.

Новым является то, что устройство снабжено верхним опорным кольцом, установленным в верхней муфте, выполненным с кольцевой расточкой на внутренней поверхности в нижней части, внутренний диаметр которого равен наружному диаметру заглушки, расположенной на нижнем конце промывочных труб и выполненной в виде двух телескопически соединенных деталей, верхняя из которых жестко связана с промывочными трубами, а нижняя - соединена с верхней деталью срезными элементами и снабжена пружинным фиксатором на наружной поверхности, сжатым в транспортном положении посредством конусной втулки, установленной на наружной поверхности нижней детали и соединенной разрушаемым штифтом с нижним концом колонны промывочных труб, причем конусная втулка в рабочем положении взаимодействует с верхним опорным кольцом, при этом над заглушкой имеются радиальные каналы, соединяющие внутреннюю полость промывочных труб с межколонным пространством, причем нижняя и верхняя муфты соединены патрубком.New is that the device is equipped with an upper support ring installed in the upper sleeve, made with an annular bore on the inner surface in the lower part, the inner diameter of which is equal to the outer diameter of the plug located at the lower end of the washing pipes and made in the form of two telescopically connected parts, the upper of which is rigidly connected to the washing pipes, and the lower is connected to the upper part by shear elements and is equipped with a spring clip on the outer surface, compressed into transport position by means of a conical sleeve mounted on the outer surface of the lower part and connected by a destructible pin to the lower end of the flushing pipe string, and the conical sleeve in working position interacts with the upper support ring, while there are radial channels above the plug connecting the internal cavity of the flushing pipes with the intercolumn space, with the lower and upper couplings connected by a pipe.

На фиг.1 изображено предлагаемое устройство в продольном разрезе, спущенное в скважину.Figure 1 shows the proposed device in longitudinal section, lowered into the well.

На фиг.2 - то же самое в процессе закачки в скважину тампонажного раствора.Figure 2 is the same in the process of pumping cement into the well.

Устройство представляет собой «стоп-кольцо», выполненное в виде заглушенного снизу патрубка 1 (фиг.1) с кольцевым уступом 2 на наружной поверхности, снабженного продольными пазами 3 и радиальными каналами 4. Заглушенный участок 5 патрубка 1 с наружной стороны выполнен с конусной поверхностью 6, малое основание конуса которого обращено к верхней части, а его диаметр равен наружному диаметру патрубка 1. Телескопически к патрубку 1 напротив продольных пазов 3 в нижней муфте 7 установлено нижнее опорное кольцо 8, снабженное срезными элементами 9, свободные концы которых входят в продольные пазы 3. В нижнем торце опорного кольца 8 с The device is a “stop ring”, made in the form of a pipe 1 plugged from below (Fig. 1) with an annular ledge 2 on the outer surface, provided with longitudinal grooves 3 and radial channels 4. The silenced section 5 of the pipe 1 is made on the outside with a conical surface 6, the small base of the cone of which faces the upper part, and its diameter is equal to the outer diameter of the nozzle 1. Telescopically to the nozzle 1 opposite the longitudinal grooves 3 in the lower sleeve 7 is installed lower support ring 8, equipped with shear elements 9, free ends of which are in longitudinal slots 3. The lower end of the support ring 8

внутренней стороны выполнена конусная расточка 10, адекватная конусной поверхности 6 патрубка 1.the inside of the conical bore 10, adequate to the conical surface 6 of the pipe 1.

Над «стоп-кольцом» в верхней муфте 11 расположено верхнее опорное кольцо 12 с внутренней кольцевой расточкой 13.Above the "stop ring" in the upper sleeve 11 is the upper support ring 12 with the inner ring bore 13.

Устройство снабжено заглушкой, установленной на нижнем конце промывочных труб 14 и выполненное в виде двух телескопически соединенных деталей 15 и 16, верхняя 15 из которых жестко связана с промывочными трубами 14, а нижняя 16 соединена с верхней 15 с резными элементами 17 и имеет на наружной поверхности фиксатор 18 в виде пружинного кольца, сжатого в транспортном положении с помощью конусной втулки 19, установленной на наружной поверхности нижней детали 16 и соединенной разрушаемым штифтом 20 с нижним концом колонны промывочных труб 14.The device is equipped with a plug installed on the lower end of the washing pipes 14 and made in the form of two telescopically connected parts 15 and 16, the upper 15 of which is rigidly connected to the washing pipes 14, and the lower 16 is connected to the upper 15 with carved elements 17 and has on the outer surface the retainer 18 in the form of a spring ring, compressed in the transport position by means of a conical sleeve 19 mounted on the outer surface of the lower part 16 and connected by a destructible pin 20 to the lower end of the column of washing pipes 14.

Конусная втулка 19 в рабочем положении взаимодействует с верхним опорным кольцом 12. Над заглушкой выполнены радиальные каналы 21 и установлены центраторы 22. Нижняя 7 и верхняя 11 муфты соединены патрубком 23. Устройство снабжено уплотнениями 24. Детали «стоп-кольца», верхнее опорное кольцо 12 и заглушка 16 изготовлены из разбуриваемых материалов.The conical sleeve 19 in the working position interacts with the upper support ring 12. Radial channels 21 are installed above the plug and centralizers 22 are installed. The lower 7 and upper 11 couplings are connected by a pipe 23. The device is equipped with seals 24. Details of the “stop ring”, upper support ring 12 and plug 16 are made of drillable materials.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

После подготовки скважины в нее на проектную глубину спускают обсадную колонну 25 (см. фиг.1), на нижнем конце которой установлено предлагаемое устройство с башмаком 26. Жидкость свободно проходит в обсадную колонну. Затрубное пространство герметизируют. Затем во внутрь обсадных труб 25 спускают колонну промывочных труб 14 с заглушкой на конце (15, 16) до тех пор, пока конусная втулка 19, установленная на наружной поверхности нижней детали 16 и соединенная разрушаемым штифтом 20 с нижним концом колонны промывочных труб 14 не упрется сверху в верхнее опорное кольцо 12.After preparing the well, casing 25 is lowered to the design depth at it (see FIG. 1), at the lower end of which the proposed device with shoe 26 is installed. The fluid flows freely into the casing. The annulus is sealed. Then, a flushing pipe string 14 is lowered inside the casing 25 with a plug at the end (15, 16) until the conical sleeve 19 mounted on the outer surface of the lower part 16 and connected by a destructible pin 20 to the lower end of the flushing pipe string 14 top to top support ring 12.

Делают подгонку длины промывочных труб 14 посредством подгоночного патрубка (на фиг.1 и 2 не показано) с учетом возможности ее обвязки с заливочным агрегатом (на фиг.1 и 2 не показано) после дальнейшей посадки колонны промывочных труб 14 на «стоп кольцо». Далее разгружают колонну промывочных труб 14 на верхнее опорное кольцо 12, в следствии чего срезается разрушаемый штифт 20, о чем свидетельствует рост, а затем резкое падения показаний на индикаторе веса, установленного на устье скважины (на фиг.1 и 2 не показано). После этого колонну промывочных труб 14 опускают ниже, и она проходит через верхнее опорное кольцо 12, затем ее сажают на «стоп-кольцо» и частично разгружают. Под воздействием нагрузки срезные элементы 9 разрушаются, после чего промывочные трубы 14 приподнимают до The length of the flushing pipes 14 is adjusted by means of a fitting pipe (not shown in FIGS. 1 and 2), taking into account the possibility of tying it with a casting unit (not shown in FIGS. 1 and 2) after further landing of the flushing pipe string 14 on the “stop ring”. Next, the column of flushing pipes 14 is unloaded to the upper support ring 12, as a result of which the destructible pin 20 is cut off, as evidenced by the growth, and then a sharp drop in the readings on the weight indicator installed at the wellhead (not shown in Figs. 1 and 2). After that, the column of washing pipes 14 is lowered lower, and it passes through the upper support ring 12, then it is planted on a “stop ring” and partially unloaded. Under the influence of the load, the shear elements 9 are destroyed, after which the wash pipes 14 are raised to

положения, (см. фиг.2), на устье герметизируют межколонное пространство 27 и осуществляют промывку скважины. Затем через промывочные трубы 14. радиальные каналы 21, радиальные каналы 4, заглушенного снизу патрубка 1 и башмак 26 в заколонное пространство скважины закачивают тампонажный раствор, который после выхода его на устье направляют в емкость заливочного агрегата и осуществляют круговую циркуляцию, постоянно контролируя плотность тампонажного раствора на входе и выходе из скважины.position, (see figure 2), at the mouth seal the annular space 27 and flush the well. Then through the flushing pipes 14. radial channels 21, radial channels 4, plugged from the bottom of the pipe 1 and shoe 26, grouting mortar is pumped into the annulus of the well, which, after it is exited to the mouth, is directed into the capacity of the casting unit and circular circulation is carried out, constantly monitoring the density of grouting grout at the entrance and exit of the well.

После стабилизации тампонажного раствора по плотности (этот момент наступает примерно через один час циркуляции), круговую циркуляцию прекращают и через промывочные трубы 14 закачивают расчетный объем продавочной жидкости, оставив примерно 100 л тампонажного раствора в промывочных трубах. Давление закачки сбрасывают. Под воздействием перепада давления, создаваемого столбом тампонажного раствора в заколонном пространстве и направленного снизу вверх, заглушенный патрубок 1 перемещается вверх относительно нижнего опорного кольца 8 и заклинивается в месте контакта конусных поверхностей 6 и 10 (см.фиг.1), перекрывая внутриколонное пространство обсадных труб от заколонного пространства.After stabilization of the cement slurry by density (this moment occurs after about one hour of circulation), the circular circulation is stopped and the calculated volume of the squeezing liquid is pumped through the washing pipes 14, leaving about 100 liters of the cement slurry in the washing pipes. Injection pressure is relieved. Under the influence of the pressure drop created by the column of cement slurry in the annulus and directed from the bottom up, the plugged pipe 1 moves upward relative to the lower support ring 8 and wedges at the contact point of the conical surfaces 6 and 10 (see Fig. 1), blocking the casing pipe inner space from the annular space.

Промывочные трубы 14 приподнимают до положения, когда заглушка войдет в верхнее опорное кольцо 12 и фиксатор 18 упрется в упор кольцевой расточки 13, при этом радиальные каналы 19 будут находиться выше верхнего опорного кольца 12. Путем прямой или обратной промывки через межколонное пространство 25 и промывочные трубы 14 удаляют оставшийся тампонажный раствор из промывочных труб 14. После этого промывочным трубам 14 дают натяжку вверх, при этом срезные элементы 17 разрушаются, детали 15 и 16 заглушки разъединяются, причем нижняя деталь 16 вместе со «стоп-кольцом» надежно перекрывают сечение обсадной колонны от проникновения тампонажного раствора из-за заколонного пространства. Промывочные трубы 14 с верхней деталью 15 заглушки поднимают на поверхность и скважину оставляют на ОЗЦ (ожидание затвердевания цемента).The washing pipes 14 are lifted to the position where the plug enters the upper support ring 12 and the latch 18 abuts against the stop of the annular bore 13, while the radial channels 19 will be above the upper supporting ring 12. By direct or reverse washing through the annular space 25 and the washing pipes 14, the remaining cement slurry is removed from the washing pipes 14. After that, the washing pipes 14 are pulled upward, while the shear elements 17 are destroyed, the plug parts 15 and 16 are disconnected, and the lower part 16 together with n-ring "reliably overlap section of the casing from the cement slurry penetration due to the annulus. The flushing pipes 14 with the upper part 15 of the plug are lifted to the surface and the well is left on the OZZ (waiting for cement to harden).

Claims

A device for cementing a casing string in a well, including a “stop ring” in the form of a pipe plugged from below with longitudinal grooves and radial channels with an annular ledge at the top and a conical surface at the bottom, to which a lower support ring is provided with shear elements in the lower casing sleeve , the free ends of which are included in the longitudinal grooves of the nozzle and has in the lower end a conical bore adequate to the conical surface of the nozzle, characterized in that the device is provided with an upper supporting ring installed in the upper coupling, made with an annular bore on the inner surface in the lower part, the inner diameter of which is equal to the outer diameter of the plug located at the lower end of the washing pipes and made in the form of two telescopically connected parts, the upper of which is rigidly connected with the washing pipes and the lower one is connected to the upper part by shear elements and equipped with a spring clip on the outer surface, compressed in the transport position by the conical sleeve, which is located on the outer surface of the lower part and is connected by a destructible pin to the lower end of the column of flushing pipes, the conical sleeve in the working position interacting with the upper support ring, while above the plug there are radial channels connecting the internal cavity of the washing pipes with the annular space, the lower and upper couplings are connected by a branch pipe.