RU2043482C1 - Device for cementing casing strings - Google Patents

Abstract

FIELD: well cementing. SUBSTANCE: device for cementing casing strings has covering perforated member made in form of branch pipe with funnel at upper end, and taper at lower end, and seat for rope shutoff member, bushing channel located along axis and having landing conical surface corresponding to taper of branch pipe lower end. EFFECT: higher efficiency. 2 dwg

Description

Изобретение относится к креплению глубоких скважин, более конкретно к устройствам для цементирования обсадных колонн. The invention relates to the fastening of deep wells, and more particularly to a device for cementing casing strings.

Известно устройство для цементирования обсадных колонн, включающее корпус со ступенчатой внутренней поверхностью, втулку с каналами, подпружиненную относительно уступа корпуса, и перекрывающий перфорированный элемент [1] Данное устройство не целесообразно применять в тех случаях, когда ожидается длительное время промывки (например, в условиях бездорожья, когда не всегда можно своевременно доставить цементировочную технику на скважину) и детали устройства могут быть размыты. При наличии высокого содержания твердой фазы в буровом растворе устройство также не желательно применять из-за опасности заклинки его деталей в корпусе. Все это снижает область применения устройства. A device for cementing casing, including a housing with a stepped inner surface, a sleeve with channels, spring-loaded relative to the ledge of the housing, and overlapping the perforated element [1] This device is not suitable for use in cases where a long washing time is expected (for example, in off-road conditions when it is not always possible to deliver cementing equipment to the well in a timely manner) and the details of the device may be blurred. In the presence of a high solids content in the drilling fluid, the device is also not advisable to use due to the danger of jamming of its parts in the housing. All this reduces the scope of the device.

Целью изобретения является расширение области применения устройства. The aim of the invention is to expand the scope of the device.

Достигается это тем, что в устройстве для цементирования обсадных колонн, включающем корпус со ступенчатой внутренней поверхностью, втулку с каналами, подпружиненную относительно уступа корпуса, и перекрывающий перфорированный элемент, последний выполнен в виде патрубка с воронкой на верхнем конце, конусным сужением на нижнем и седлом под бросовый запорный элемент, а канал втулки расположен по оси и выполнен с посадочной конической поверхностью, соответствующей конусному сужению нижнего конца патрубка. This is achieved by the fact that in a device for cementing casing strings, including a housing with a stepped inner surface, a sleeve with channels, spring-loaded relative to the ledge of the housing, and an overlapping perforated element, the latter is made in the form of a nozzle with a funnel at the upper end, conical narrowing at the lower and saddle under the waste locking element, and the sleeve channel is located on the axis and is made with a landing conical surface corresponding to the conical narrowing of the lower end of the pipe.

На фиг. 1 изображено устройство в исходном положении; на фиг.2 то же, в рабочем положении. In FIG. 1 shows the device in its original position; figure 2 is the same in the working position.

Устройство состоит из корпуса 1 со ступенчатой внутренней поверхностью, образующей уступ 2, втулки 3, подпружиненной относительно уступа 2 корпуса 1 с помощью пружины 4, и перекрывающего перфорированного элемента 5. Втулка 3 имеет канал 6, расположенный по оси и выполненный с посадочной конической поверхностью, соответствующей конусному сужению нижнего конца элемента 5, выполненного в виде патрубка с воронкой 7 на верхнем конце. Патрубок 5 имеет внутри нижней части седло 8 под бросовый запорный элемент 9. В патрубке 5 имеются боковые промывочные окна 10. Такие же окна 11 выполнены и в воронке 7. Благодаря воронке 7 все посторонние предметы, имеющиеся в цементном или буровом растворе, направляются внутрь патрубка 5. В результате во время промывки скважины, когда седло 8 не перекрыто запорным элементом 9, посторонние предметы свободно проходят через устройство и уходят в заколонное пространство. Во время цементирования обсадной колонны, когда седло 8 перекрыто (фиг.2), посторонние предметы остаются в патрубке 5. Уступ 3 выполнен в виде кольца, укрепленного в корпусе 1 с помощью срезных элементов 12. The device consists of a housing 1 with a stepped inner surface forming a ledge 2, a sleeve 3, spring-loaded relative to the ledge 2 of the housing 1 using a spring 4, and an overlapping perforated element 5. The sleeve 3 has a channel 6 located along the axis and made with a landing conical surface, corresponding to the conical narrowing of the lower end of the element 5, made in the form of a pipe with a funnel 7 at the upper end. The nozzle 5 has a saddle 8 inside the lower part for a waste shutoff element 9. There are side flushing windows 10 in the nozzle 5. The same windows 11 are also made in the funnel 7. Thanks to the funnel 7, all foreign objects in the cement or drilling mud are directed inside the nozzle 5. As a result, during the flushing of the well, when the saddle 8 is not blocked by the locking element 9, foreign objects freely pass through the device and go into the annulus. During cementing the casing, when the seat 8 is closed (figure 2), foreign objects remain in the pipe 5. The ledge 3 is made in the form of a ring, mounted in the housing 1 using shear elements 12.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Во время спуска обсадной колонны устройство устанавливают в ее нижней части выше обратного клапана, но ниже упорного кольца-стоп. During the descent of the casing, the device is installed in its lower part above the check valve, but below the stop ring-stop.

После спуска обсадной колонны в скважину производят промывку до полного выравнивания всех параметров бурового раствора. Чтобы не вызвать осложнений во время промывки скважины, при этом должно выполняться условие: скорость движения бурового раствора в заколонном пространстве не должна превышать максимальную скорость подъема бурового раствора во время бурения скважины. After the casing is lowered into the well, flushing is performed until all parameters of the drilling fluid are completely equalized. In order not to cause complications during the flushing of the well, the following condition must be met: the speed of the drilling fluid in the annulus should not exceed the maximum speed of the rise of the drilling fluid while drilling the well.

Окончив промывку, в обсадную колонну забрасывают бросовый запорный элемент 9 и начинают закачивать цементный раствор. Как только элемент 9 дойдет до седла 8, он перекроет его канал. В результате над устройством начинает повышаться давление. Как только давление сверху превысить заданную величину, его силой, воздействующей на втулку 3, начинает сжимать пружину 8. Втулка 3 опускается вниз, ниже конусного конца патрубка 5. При этом образуется кольцевой канал между конусным сужением нижнего конца патрубка 5 и конической поверхностью втулки 3. Через этот канал "в" раствор начинает поступать из кольцевого пространства "г", образованного внутренней поверхностью корпуса 1 и наружной поверхностью патрубка 5, в нижнюю часть обсадной колонны и далее в заколонное пространство. В кольцевое пространство "г" раствор поступает через окна 11 в воронке 7 и промывочные окна 10 в боковой стенке патрубка 5. Содержащиеся в циркулирующем растворе посторонние предметы не проходят через окна 10 и 11, а по наклонной поверхности воронки 7 направляются внутрь патрубка 5, который при этом выполняет роль фильтра. В результате предотвращается возможность закупорки устройства и обеспечивается безаварийное ведение работ. After flushing, a waste shutoff element 9 is thrown into the casing and cement slurry is pumped. As soon as element 9 reaches the saddle 8, it will block its channel. As a result, pressure begins to rise above the device. As soon as the pressure from above exceeds a predetermined value, the spring 8 begins to compress it by the force exerted on the sleeve 3. The sleeve 3 drops down below the conical end of the nozzle 5. An annular channel is formed between the conical narrowing of the lower end of the nozzle 5 and the conical surface of the sleeve 3. Through this channel "into" the solution begins to flow from the annular space "g" formed by the inner surface of the housing 1 and the outer surface of the pipe 5, into the lower part of the casing and then into the annular space. In the annular space “g”, the solution enters through the windows 11 in the funnel 7 and the washing windows 10 in the side wall of the nozzle 5. Foreign objects contained in the circulating solution do not pass through the windows 10 and 11, and along the inclined surface of the funnel 7 are directed inside the nozzle 5, which at the same time acts as a filter. As a result, the possibility of clogging of the device is prevented and trouble-free operation is ensured.

В процессе прохождения раствора через устройство канал "в" постоянно изменяет свое сечение. При увеличении производительности увеличиваются гидравлические сопротивления при прохождении раствора через канал "в". При этом увеличивается сила воздействия на втулку 3, которая сильнее сжимает пружину 4. Это приводит к увеличению канала "в" в размерах. Как результат, снижаются гидравлические сопротивления, приводящие к снижению силы воздействия на втулку 3. Сжатая пружина приподнимает втулку 3 вверх. Это приводит вновь к уменьшению кольцевого канала "в" и механизм изменения положения деталей устройства повторяется. Таким образом, производится автоматическое регулирование величины перепада давления при прохождении раствора через устройство. Но во всех случаях величины перепада давления будет не меньше силы упругости пружины 4, которая подбирается в зависимости от условий цементирования обсадной колонны. В процессе цементирования скважины контроль за ходом работ осуществляют по давлению и производительности. При необходимости в названные параметры вносят соответствующие коррективы. После окончания продавки цементного раствора и получения "стоп" процесс цементирования обсадной колонны заканчивается. In the process of passing the solution through the device, the channel “c” constantly changes its cross section. With an increase in productivity, hydraulic resistance increases as the solution passes through channel "B". This increases the force acting on the sleeve 3, which compresses the spring 4 more strongly. This leads to an increase in the channel "in" in size. As a result, the hydraulic resistance is reduced, leading to a decrease in the force acting on the sleeve 3. A compressed spring lifts the sleeve 3 up. This again leads to a decrease in the annular channel "in" and the mechanism for changing the position of the parts of the device is repeated. Thus, automatic control of the pressure drop when the solution passes through the device. But in all cases, the magnitude of the pressure drop will be no less than the spring force 4, which is selected depending on the cementing conditions of the casing. In the process of cementing a well, the progress is monitored by pressure and productivity. If necessary, appropriate adjustments are made to the named parameters. After the cement grout has been sold and the stop has been received, the casing string cementing process ends.

Применение устройства позволяет повысить качество цементирования обсадных колонн за счет устранения осложнений при этом: поглощений цементного раствора и эрозии стенок скважины. The use of the device allows to improve the quality of cementing of casing strings due to elimination of complications in this case: absorption of cement slurry and erosion of the borehole walls.

Claims (1)

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ ОБСАДНЫХ КОЛОНН, включающее корпус со ступенчатой внутренней поверхностью, втулку с каналами, подпружиненную относительно уступа корпуса, и перекрывающий перфорированный элемент, отличающееся тем, что с целью расширения области применения устройства, перекрывающий перфорированный элемент выполнен в виде патрубка с воронкой на верхнем конце, конусным сужением на нижнем и седлом под бросовый запорный элемент, а канал втулки расположен по оси и выполнен с посадочной конической поверхностью, соответствующей конусному сужению нижнего конца патрубка. A device for cementing casing columns, including a housing with a stepped inner surface, a sleeve with channels, spring-loaded relative to the ledge of the housing, and an overlapping perforated element, characterized in that in order to expand the field of application of the device, the overlapping perforated element is made in the form of a nozzle with a funnel at the upper end , conical narrowing on the lower and saddle under the junk locking element, and the bushing channel is located along the axis and is made with a landing conical surface, correspondingly tapering lower end of the pipe.

Images