Ұңғыны цементтеу үшін қолданылатын кері қайтару қақпақша

Қазіргі кезде бұрғылау кәсіпорындары шегендеуші құбырлар үшін кері қайтару қақпақшалардың бір неше түрлерін пайдаланады. Олар жасалуда оңай, жұмыста сенімді және ось бойынша өлшемдері үлкен емес. Бірақ бұл қақпақшалар шегендеу құбырларын жоба бойынша тереңдікке жеткізу және цементтеумен байланысты барлық керекті технологиялық үрдістерді орындауға мүмкіндік бермейді. Мысалға, жәй шар немесе тарелке тәрізді қақпақшалар жуу сұйығының сақиналы кеңістіктен шегендеуші құбырлардың ішкі құысына кетуін болдырмайды. Бұл қақпақшалардың ең үлкен кемшілігі, шегендеу құбырларының майысыуын болдырмау үшін, оларды барлық уақытта бұрғылау сұйығымен толтырып тұру қажет. Сондықтан бұл жұмыс көп уақытты талап етеді, терең ұңғыларда тізбекті түсіру жылдамдығы шектелген. Тағыда айта кететін жағдай, шегендеуші құбырларды түсіру кезінде ұңғы қабырғасына әсер ететін гидродинамикалық қысымдың пульсты өзгеруі байқалады және қабырғаның беріктігіне әсер етіп, тау жыныстарының гидравликалық жарылуына әкеліп соғады.

КҚЦҚ типті (кері қайтару цементтеу қақпақшасы) дросселді керу қайтару қақпақшасының жоғарыда айтылған кемшілігі жоқ болғандықтан, шегендеуші құбырды түсіру кезінде, құбырды жуу сұйығымен үздіксіз толтыруға мүмкіндік береді. Бірақ бұл қақпақшаны қолдану, шегендеуші құбырларды түсіру аяқталғанда, олардың қосылыстарының герметикасын алдын-ала сынауға мүмкіндік бермейді.

Иваново-Франковск мұнай және газ институтында шегендеуші құбырды түсіру кезінде бұрғылау сұйығымен толтыру, алдын-ала тығыздау және цементтеу, сонымен бірге тампондық ерітіндінің тізбектің ішіне кетуді болдырмау үшін керекті қақпақшалардың бір неше түрлері өңделген. Осы қақпақшалардың бір түрі 1-суретте көрсетілген.

Универсал қақпақшаның жұмыс істеу принципі төмендегідей: шегендеуші құбырды ұңғыға түсіру кезінде сақинаға (5) отырғызылған төлке

1-Сурет. Универсалді кері қайту қақпақшасы

(6) өзінің ең жоғарғы күйінде және де штифттер (4) көмегімен ұсталып тұрады. Бұрғылау сұйығы бағыттаушы-шектеуіштегі (12), тұрқыдағы (8), төлкедегі коаксалді және радиалді тесіктер арқылы өтіп, тізбекті толтырады. Шегендеуші құбырды жобалық тереңдікке түсіргеннен кейін герметикалық қасиетіне тексереді. Ол үшін сораптың өнімін біртіндеп көбейте отырып, жуу сұйығының тура айналымын бастайды. Ол төлкенің (6) радиалды тесіктерінде (3) қысым өзгеруінің өсуіне алып келеді. Осы жағдайдан штифттер (4) сынып, қысым әсерінен төлке (6) төменге жылжиды да, коаксальді (8) және радиалді (3) тесіктер жабылады.

Қысымның өсүі немесе өзгеруі қақпақшаның қысылу жағдайында жұмыс істеп жатқанын көрсетеді. Артық қысым беру уақыты келгендіктен, шегендеуші тізбектің герметикасын тексеріп, қысымды көбейтеміз және ол арқылы төлкеде (6) бұранда (2) арқылы орнатылған диафрагманы үзеді, одан кейін жууды тоқтатады. Әрі қарай қақпақшалы құрылғы кері қайтару қақпаша секілді жұмыс істейді. Тампонажды сұйықтықты тізбектің сақиналы кеңістігіне төлке (6) және қақпақша (10) арқылы айдайды. Цементтеуден кейін пружина (11) әсерінен қақпақша (10) ершікке (9) қысылады. Бұл жағдай тампонажды сұйықты тізбектің сақиналы кеңістігінен кері қайтуға жол бермейді.

I - суретте универсал қақпақшаның басқа түрі көрсетілген. Ол тұрқыға (10) орналасқан өзектен (7), орталық және шеткі өстік каналдардан (11), тиекті элементке (13) арналған ершіктен (12) тұрады. Тиекті элемент ішкі төлкемен (4) бірге өстік жылжу мүмкіндігіне ие. Бұл төлке (4) үзілу диафрагмамен (1) жабдықталған. Төлкеге (4) байланысты коаксальді төменгі радиалді каналдар үстінде (8), сыну штифттарында (6) қосымша сыртқы төлке (5) орналасқан. Штифттарды кесетін салмақ дифрагманы (1) үзу салмағынан төмен. Тиекті элемент (13) сыртқы каналдармен (11) төлке (4) каналдарын (8) қосарландыру үшін қалтқы түрінде жасалған.

Қақпақша келесі түрде жұмыс істейді. Шегендеуші тізбекті ұңғыға түсіру кезінде қысымдың ауытқуы әсерінен сақиналы кеңістікке және ішінде

2 – Сурет. Универсалді кері қайту қақпашалары:

I – қалқитын төлкесімен; II – шар тәрізді нығыздалған бөлікшісімен

жылжымалы төлке (4) қалтқымен бірге (13) жоғары көтеріледі. Нәтижеде каналдар (11,8,3) қосарландырылып, бұрғылау сұйығы шегендеуші тізбектің ішкі кеңістігін толтырады.

Шегендеуші тізбекті жобаланған тереңдікке түсіргеннен кейін ұңғыны жууды, жуу сұйығы көлемін азайту арқылы іске асырады. Қысымның ауытқуына байланысты оның радиалді каналдарда (3) және (8) өсүіне қарай төлке (4) төменге қарай жылжып, өту саңылауын жабады. Төлке (4) жоғарғы бұранда (2) мен сыртқы төлкеге (5) қысым түсіреді. Жуу сұйығының қысымы үлкейгенде штифттар (6) сынып, сыртқы төлке төменге қозғалады да шеткі каналдарды тығыз жауып тастайды. Әрі қарай шегендеуші тізбектің ішіндегі қысым оның нығыздалу қысымына дейін көтеріледі. Осы қысымды белгілі уақыт ұстап тұрғаннан кейін, диафрагманы (1) үзіп тастайды. Бұрғылау сұйығының тура айналуы бұрынғы қалпына келеді, одан кейін ұңғыны цементтеуге дайындайды. Келесі жұмыс - ең соңында берілген көлемде тампонажды сұйықтықты ұңғыға жібереді. Сақиналы кеңістікке тампонажды сұйықтықты жібергеннен кейін, тізбектің ішіндегі қысымды төмендетеді. Қысымның ауытқуына байланысты жылжымалы төлке (4) жоғарға қарай қозғалады да қалтқы (13) ершікке отырады (12). Шегендеуші тізбектің өту қимасы жабыладыда, одан кейін ұңғы белгілі уақытқа қалдырылады (ОЗЦ).

2.II - суретте көрсетілген кері қайту қақпақшасы тұрқыдан (9), төменгі (10) және ортаңғы (4) шектеушілермен қалқып және арасында тік жүру мүмкіндігі бар төлкеден (6) тұрады. Кері қақпақша – шар тәріздес (2), ершік(1) түрінде. Шар (2) үзетін жіп арқылы (3) төлке (6) өзегіне (5) байланған. Төменгі шектегіш (10), төлке (6) және ершік (1) - орталық жуу саңылауға, орталық шектегіш (4) - шеткі шектегіш саңылауына ие. Төлке (6) үзу дифрагмасы (8) және бұранда (7) көмегімен жабылған орталық саңылаудан басқа тағыда кішкентай диаметрлі шеткі саңылаулармен жабдықталған.

Қақпақша келесі түрде жұмыс істейді. Ұңғыға шегендеуші тізбекті түсіру кезінде кесу жібы көмегімен (3) шар, (2) ершіктің өту саңылауы жабылып қалмауын болдырмау үшін, төлке өзінің жоғарғы күйінде тұрады. Бұрғылау сұйығы, төменгі шектегіштің (10) орталық саңылауы, төлкемен (6) орталық шектегіштің шеткі және ершіктегі (1) саңылау арқылы өтіп, шегендеуші тізбектің ішкі кеңістігін толтырады. Тізбекті берілген тереңдікке түсіру аяқталғаннан кейін аз шығымды жууды бастайды. Одан соң сұйықты айдау қысымын көбейтеді. Бұл жағдайда төлкенің (6) шеткі саңылауларында

қысымның ауытқуы өседі. Жіп өңделіп (3), төлке (6) төменге жылжып, төменгі шектегішке (10) тығыз қысылады. Төлкенің шеткі өту саңылаулары

3 – Сурет Универсалді кері қайту қақпақшалары:

III – магнитті; IV – үзілгіш диафрагмасы жоқ

жабылып, шегендеу тізбегінің ішінде қысым үлкейе бастайды. Тығыздалу қысымына жетіп, шегендеу тізбегінің герметиткасына көз жеткізгеннен кейін, қысымды кішкене үлкейту арқылы дифрагманы (8) үзеді. Одан кейін тура жууды өз қалпына келтіргеннен кейін, тампонажды сұйықтың керекті көлемін ұңғыға, сонымен бірге сақиналы кеңістікке айдайды. Бұл процесс біткеннен кейін тізбек ішіндегі қысымды төмендетеді, тізбекте гидростатикалық қысымның ауытқуына байланысты шар (2) ершікке (1) қысылып, орталық өту саңылауын жабады.

Универсалды цементтеу қақпақшаның бір түрі 3.3.III суретінде көрсетілген. Алдында айтылғандарға қарағанда конструкциясы бойынша оңай (7) және цементтеу кезіндегі барлық жұмыстарды орындайды. Қақпақша өстік каналы бар тұрқыдан (8), айналу төлкесінен (7) , астынғы жағында қақпақшаға арналған (10) отырғызылған ершіктен және радиалді саңылаулардан тұрады. Айналу төлкесінің (7) жоғарғы жағында диафрагма (5) орнатылған. Тұрқы (8) магниттелмейтін материалдан жасалынады (мысалға чугун). Төлке (7) жоғарыдағы күйінде штифтармен шектелген. Ұңғыға шегендеу тізбегін түсіру кезінде бұрғылау сұйығы айналу (12) және төлкедегі (7) радиалды саңылаулармен (6) өтіп, тізбектің ішкі кеңістігін толтырады. Түсіру аяқталғаннан кейін бұрғылау сұйығының аз шығынымен ұңғыны жуу басталады. Әрі қарай сұйықты айдау қысымы үлкейгеннен кейін, саңылауларда (6) қысымның ауытқуы өседі. Осы жағдайда штифттер (9) сынады. Төлке (7) радиалді саңылауларды (6) жабып, төменгі күйіне келеді. Сұйықты айдау қысымын тығыздау қысымына дейін көтереді де, осы жағдайда ұңғыны бір аз уақыт ұстайды. Одан соң қысымды кішкене көтеріп, диафрагманы (5) үзеді және ұңғыны жууды тура айналу жолымен аяқтайды.

Ұңғыны цементтеуге дайындағаннан кейін шегендеуші тізбекке (1) керекті тампонажды сұйық көлемін айдап, оған арнайы магнитті өзегі бар цементтеу пробкасын (2) түсіреді. (4) төлкенің жоғарғы шектегіш ершігіне пробка отырғызылғаннан кейін (7), төлке магниттеледі де (11) қақпақша (10) төлкенің отырғызылғын ершігіне тартылады. Тізбектің ішінде және сыртында қысымның ауытқуы әсерінен қақпақша (11) отырғызылғын ершікке (10) тығыз қысылады. Бұл жағдай тампонажды сұйықтықтың кері тізбекке құйылуына мүмкіндік бермейді. Жоғарыда айтылған цементтеу пробкасының қозғалуында магниттер күштер ағыны құбыр тізбегін кесіп өтіп, оны магниттейді. Нәтижеде сақиналы кеңістікте және бұрғылау сұйығында бар металл бөлшектері құбырдың сыртқы сақиналы кеңістігінде жиналады.Тампонажды сұйықтықты айдау кезінде бұл бөлшектер сұйықпен араласып , тізбекпен цемент тасы арасында тығыз қабат пайда қылады. Одан басқа металл бөлшектерінің құбыр тізбек бетіне тартылуы оны бұдырмақты қылады. Бұл қасиет цемент тасының тізбекпен жабысу сапасына әсерін тигізеді.

Тығыздауды жүргізу барлық универсалді қақпақшаларда үзілу диафрагмасын қолданумен байланысты. Диафрагманы үзгенде шегендеуші тізбектің төменгі жағында гидравликалық соғу болады. Бұл жағдай үлкен тереңдікте құбыр тізбегі қосылыстарының бұзылуына алып келеді. Сондықтан тығыздау кезінде шегендеуші тізбектегі жүктемені азайту керек.

3.IV суретте көрсетілген қақпақшалы құрылғыда дифрагма жоқ, гидравликалық соғылудан сақталады. Қақпақша орталық саңылауда штифт (2) көмегімен шектелген төлке(4) тұрқысынан (9) тұрады. Ол жоғарғы радиалді (3) және бойлық (5) саңылауларға ие. Штокта (8) орнатылған клапан (10) ершікпен белгілі бір аралықта тұрады. Шток (8) өстік бағытта қозғалады. Штоктің жоғарғы бөлігі төлкенің (4) уясына орнатылған, ал төменгі бөлігі бағыттауыш-шектегіштің астынғы сақина (12) төлкесінде сырғанайды. Жоғарғы бөлікте төлке (4) бекітілген қақпамен (1) қамтамасыз етілген, ал төменгі төлкені ілгіш (6) көмегімен белгілеу үшін арнайы уямен (7) жабдықтаған.

Тығыздауды жүргізу үшін бұрғылау сұйығын аздап үлкейтеді. Қысымның ауытқуы нәтижесінде жоғарғы радиалді сақиналарда (3) штифттер (2) кесіледі және де төлке (4) қақпаның (1) тіректі беті тұрқының (9) жазықтығына келіп тірелгенде жылжиды. Бұл кезде радиалді саңылаулар (5) жабылады да, шегендеу тізбегінде қысым үлкейе бастайды. Керекті белгісіне жеткеннен кейін, тізбектің ішіндегі қысым толығымен жойылады. Бұл кезде, клапан (10) серіппенің (11) қысылу күші әсерінен, төлкені(4) жоғарыға ійтеру арқылы тұрқы (9) ершігіне қысылады. Уя (7) ілгіштің (6) орналасу жеріне жеткенде, төлке жоғарғы радиалді (3) және бойлы (4) саңылаулар ашылған күйінде белгіленеді. Осы жағдайда құрылғы тарелкелі клапан секілді жұмыс істейді және де ұңғыны цементтеу үрдістерін орындауға мүмкіндік береді.