Конструкція низу обсадної колони

Реферат: Винахід належить до нафтогазовидобувного обладнання і може бути використаний для здійснення процесу цементування обсадних колон при спорудженні свердловин у різних геологічних умовах. Конструкція низу обсадної колони, яка складається з башмака з направляючою чавунною пробкою і башмачного патрубка, бічна поверхня якого оснащена отворами для вільного прокачування цементного розчину у кільцевий простір свердловини, які розміщені по спіральній лінії, діаметр і кількість яких розраховані за умови забезпечення їх сумарної площі, не меншої площі прохідного каналу колони, згідно з винаходом, башмак і UA 111667 C2 (12) UA 111667 C2 направляюча пробка з отворами на бічній конічній поверхні скомпоновані єдиною деталлю і різьбовим з'єднанням приєднані до башмачного патрубка з отворами на бічній поверхні, всередині якого додатково розміщена підпружинена знизу внутрішня обойма з отворами на бічній поверхні, діаметр і кількість яких розраховані аналогічно отворам на бічній поверхні башмачного патрубка і виконані так, щоб їх вертикальні осі збігались з вертикальними осями отворів башмачного патрубка, при цьому нижній кінець обойми на різьбовому з'єднанні оснащений заглушкою з запобіжною каліброваною виточкою і під заглушкою розташована пружина. Пропонована конструкція низу обсадної колони завдяки можливості зміни площі отворів у направляючій пробці та башмачному патрубку дозволяє забезпечити сталу швидкість руху потоку цементного розчину в процесі цементування обсадної колони незалежно від довжини його стовпа всередині обсадної колони та завдяки запобіжній виточці у заглушці дозволяє попередити можливість виникнення ускладнень процесів цементування в різних геологічних умовах спорудження свердловин. UA 111667 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до нафтогазовидобувного обладнання і може бути використаний для здійснення процесу цементування обсадних колон при спорудженні свердловин у різних геологічних умовах. Відомий башмак з конічною металевою насадкою, яким обладнують низ обсадних колон, що складається з башмачного патрубка з отворами на боковій поверхні для вільного прокачування цементного розчину у кільцевий простір свердловини, які розміщені по спіральній лінії, діаметр і кількість яких розраховують за умови, щоб їх сумарна площа була не меншою площі прохідного каналу колони [Коцкулич Я.С., Тищенко О.В., Закінчування свердловин. Київ, Інтерпрес ЛТД, 2009, 366 с., рис. 8.2]. Суттєвою вадою таких пристроїв є те, що отвори виконані незмінної площі і вони не можуть регулювати швидкість прокачування цементного розчину у кільцевий простір свердловини. У процесі закачування цементного розчину всередину обсадної колони, за рахунок його великої густини швидкість руху постійно зростає. Внаслідок цього розривається суцільність потоку цементного розчину, збільшується швидкість витікання рідин з кільцевого простору свердловини, що може призвести до значних ускладнень процесу цементування. Найбільш близькою до конструкції, що заявляється, за технічною суттю, є конструкція низу обсадної колони, яка складається з направляючої конічної чавунної пробки, що має один центральний і чотири бокових отвори і різьбу для з'єднання з башмаком, башмака у вигляді товстостінного стального патрубка із різьбами для з'єднання з обсадними трубами і чавунною направляючою пробкою, башмачного патрубка з отворами на боковій поверхні для вільного прокачування цементного розчину у кільцевий простір свердловини, які розміщені по спіральній лінії, з діаметром і кількістю, розрахованих за умови, щоб їх сумарна площа була не меншою площі прохідного каналу колони, і зворотного клапана [Антонова Е.О., Крылов В.Г., Прохоров А.А., Степанов О.А., Основы нефтегазового дела: Учебник для ВУЗов. - М: ООО "Недра Бизнессервис", 2003. - 307 с., рис. 2.16]. Проте і ця конструкція не забезпечує якісного процесу цементування, оскільки площа отворів у направляючій пробці та башмачному патрубку теж незмінна, що може призвести до значних ускладнень процесу цементування. В основу винаходу поставлено задачу створити досконалішу конструкцію низу обсадної колони шляхом конструктивного вирішення можливості зміни сумарної площі отворів у башмачному патрубку забезпечити сталу швидкість руху потоку цементного розчину незалежно від довжини його стовпа всередині обсадної колони та попередити можливість виникнення ускладнень процесів цементування в різних геологічних умовах спорудження свердловин. Поставлена задача винаходу вирішується тим, що у конструкції низу обсадної колони, яка складається з башмака з направляючою чавунною пробкою і башмачного патрубка, бічна поверхня якого оснащена отворами для вільного прокачування цементного розчину у кільцевий простір свердловини, які розміщені по спіральній лінії, діаметр і кількість яких розраховані за умови забезпечення їх сумарної площі, не меншої площі прохідного каналу колони, згідно з винаходом, башмак і направляюча пробка з отворами на бічній конічній поверхні скомпоновані єдиною деталлю і різьбовим з'єднанням приєднані до башмачного патрубка з отворами на бічній поверхні, всередині якого додатково розміщена підпружинена знизу внутрішня обойма з отворами на бічній поверхні, діаметр і кількість яких розраховані аналогічно отворам на бічній поверхні башмачного патрубка і виконані так, щоб їх вертикальні осі збігались з вертикальними осями отворів башмачного патрубка, при цьому нижній кінець обойми на різьбовому з'єднанні оснащений заглушкою з запобіжною каліброваною виточкою і під заглушкою розташована пружина. Суттєвою відмінністю конструкції є додатково розміщена підпружинена знизу внутрішня обойма з отворами на бічній поверхні, діаметр і кількість яких розраховані аналогічно отворам на бічній поверхні башмачного патрубка і які виконані так, щоб їх вертикальні осі збігались з вертикальними осями отворів башмачного патрубка, а також оснащення нижнього кінця обойми на різьбовому з'єднанні заглушкою з запобіжною каліброваною виточкою, під якою розташована пружина. Таке конструктивне вирішення забезпечує якісно новий технічний результат, за якого зі збільшенням довжини стовпа цементного розчину всередині колони гідростатичний тиск зростає і його дія передається на заглушку і пружину. Пружина стискається і обойма переміщується вниз, зміщуючи свої отвори відносно отворів башмачного патрубка і таким чином, зменшуючи площу прохідного каналу, пропорційно величині збільшення тиску, забезпечується постійна кількість цементного розчину, що закачується у кільцевий простір (забезпечується стала величина об'ємної швидкості). 1 UA 111667 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 У міру закачування розчину в кільцевий простір свердловини, довжина його стовпа всередині колони зменшується, унаслідок чого зменшується гідростатичний тиск, пружина деформується у зворотному напрямку, обойма зміщується вверх, збільшуючи площу прохідного каналу, утвореного відповідними отворами. При повному збігу осей усіх отворів площа каналу буде максимальна і у такому випадку постійна швидкість закачування рідин у свердловину забезпечується насосним агрегатом. Конструктивно передбачено, що, у випадку виникнення аварійної ситуації (неконтрольоване збільшення тиску у процесі цементування), під дією тиску частина заглушки по запобіжній каліброваній виточці руйнується, утворюючи отвір у центральній частині заглушки і процес закачування цементного розчину може продовжуватись дальше, при цьому розчин прокачується через утворений отвір в центральній частині заглушки, і далі через бічні отвори на конічній частині і центральний отвір направляючої пробки у кільцевий простір і на забій свердловини. Таким чином сукупністю відомих і пропонованих суттєвих ознак маємо комплексне технічне рішення винахідницького рівня, яке забезпечує якісно новий технічний результат, достатній для вирішення поставленої задачі винаходу. Суть винаходу пояснюється кресленням. На кресленні показана пропонована конструкція низу обсадної колони. Конструкція складається з башмака з направляючою чавунною пробкою 1, що виконані однією деталлю, що має щонайменше чотири отвори тільки на бічній конічній поверхні, башмачного патрубка 2, який оснащений отворами 3 на бічній поверхні. Всередині башмачного патрубка (2) розміщена внутрішня обойма 4 з аналогічними отворами на бічній поверхні 5, виконаними так, щоб їх вертикальні осі збігались з вертикальними осями отворів башмачного патрубка (3). Нижній кінець обойми (4) на різьбовому з'єднанні оснащений заглушкою 6 з запобіжною каліброваною виточкою 7. Під заглушкою (6) розташована пружина 8. При цьому башмачний патрубок (2) з'єднаний з направляючою пробкою (1) різьбою 9, спорядженою видовженими бічними отворами 11 на конічній поверхні і центральним отвором 12, а його (башмачного патрубка) різьба 10 призначена для з'єднання з іншим елементом обсадної колони. Конструкція низу обсадної колони працює наступним чином. Перед використанням низ обсадної колони збирають на поверхні. При цьому запобіжну калібровану виточку 7 заглушки 6 виконують так, щоб відбулось аварійне руйнування кільцевої частини заглушки 6 при певному значенні максимального тиску, передбачуваному технологічним регламентом. Пружину 8 тарують з розрахунку, щоб відбувалось її стиснення під дією наростаючого тиску стовпа цементного розчину всередині колони і її зворотна деформація у міру зменшення тиску всередині колони, також згідно з технологічним регламентом. Зміщення обойми 4 відносно башмачного патрубка 2 вибирають з такого розрахунку, щоб при максимальному зміщенні не відбувалось повного перекриття отворів 3 і 5. Зібраний пристрій різьбою 10 з'єднують з обсадною колоною і спускають у свердловину. Після досягнення проектної глибини приступають до процесу цементування. Для цього цементний розчин закачують всередину колони. В процесі закачування буровий розчин витісняється через канали, утворені отворами 3 і 5. Зі збільшенням довжини стовпа цементного розчину всередині колони, гідростатичний тиск зростає і його дія передається на заглушку 6 і пружину 8. Пружина 8 стискається і обойма 4 переміщується вниз, а отвори 5 зміщуються відносно отворів 3, зменшуючи площу прохідного каналу. Площа прохідного каналу зменшується пропорційно величині збільшення тиску, чим забезпечується постійна кількість цементного розчину, що закачується у кільцевий простір (стала величина об'ємної швидкості). У міру закачування розчину у кільцевий простір свердловини, довжина його стовпа всередині колони зменшується, унаслідок чого зменшується гідростатичний тиск, пружина 8 деформується у зворотному напрямку, обойма 4 зміщується вверх, збільшуючи площу прохідного каналу, утвореного отворами 3 і 5. При повному збігу осей отворів 3 і 5 площа каналу буде максимальна і у такому випадку постійна швидкість закачування рідин у свердловину забезпечується насосним агрегатом. У випадку виникнення аварійної ситуації (неконтрольоване збільшення тиску у процесі цементування), під дією тиску руйнується частина заглушки 6 по запобіжній каліброваній виточці 7, утворюється отвір у центральній частині заглушки і закачування рідин може продовжуватись дальше, при цьому цементний розчин прокачується через утворений отвір в заглушці 6 і далі, відповідно, через бічні отвори на конічній частині 11 і центральний отвір 12 направляючої пробки 1 у кільцевий простір і на забій свердловини. 2 UA 111667 C2 5 Пропонована конструкція низу обсадної колони завдяки можливості зміни площі отворів у направляючій пробці та башмачному патрубку дозволяє забезпечити сталу швидкість руху потоку цементного розчину в процесі цементування обсадної колони незалежно від довжини його стовпа всередині обсадної колони та завдяки запобіжній виточці у заглушці дозволяє попередити можливість виникнення ускладнень процесів цементування в різних геологічних умовах спорудження свердловин. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 10 15 20 Конструкція низу обсадної колони, що складається з башмака з направляючою чавунною пробкою і башмачного патрубка, бічна поверхня якого оснащена отворами для вільного прокачування цементного розчину у кільцевий простір свердловини, які розміщені по спіральній лінії, діаметр і кількість яких розраховані за умови забезпечення їх сумарної площі, не меншої площі прохідного каналу колони, яка відрізняється тим, що башмак і направляюча пробка з отворами на бічній конічній поверхні скомпоновані єдиною деталлю і різьбовим з'єднанням приєднані до башмачного патрубка з отворами на бічній поверхні, всередині якого додатково розміщена підпружинена знизу внутрішня обойма з отворами на бічній поверхні, діаметр і кількість яких розраховані аналогічно отворам на бічній поверхні башмачного патрубка і виконані так, щоб їх вертикальні осі збігались з вертикальними осями отворів башмачного патрубка, при цьому нижній кінець обойми на різьбовому з'єднанні оснащений заглушкою з запобіжною каліброваною виточкою і під заглушкою розташована пружина. Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3