Аналіз та вдосконалення конструкції зворотного цементувального клапана

Abstract

Цементування обсадних колон є одним із найважливіших етапів будівництва нафтових і газових свердловин. Від якості цементування залежить як подальше проведення буріння свердловини так і її експлуатація після завершення буріння. Одним із найвідповідальніших елементів оснащення обсадних колон є зворотний клапан. У результаті аналізу існуючих конструкцій зворотних цементувальних клапанів виявлено ряд недоліків. Для пришвидшення спуску обсадних колон і підвищення якості їх цементування вдосконалено конструкцію зворотного цементувального клапана, який дозволяє автоматично заповнити буровим розчином обсадну колону при її спуску та проводити контрольну перевірку герметичності різьбових з’єднань до цементування колони. Для прикладу в статті розглянуто запропонований зворотний клапан, який може бути використаний під час спуску експлуатаційної колони діаметром 168 мм. Розраховані перепади тиску в окремих елементах даного клапана, наведені результати теоретичних та експериментальних досліджень тиску розриву мембрани. Використавши метод кінцевих елементів, проведено імітаційне моделювання розриву мембрани. Уточнено значення безрозмірного коефіцієнту для статичних і динамічних умов при застосуванні мембран із фрезерованими під кутом канавками.

Casing cementing is considered to be one of the most important stages of oil and gas well construction. Further well drilling and its exploitation after ending the drilling greatly depend on the quality of the cementing process. One of the most important elements of casing mountings is a reverse valve. Having analyzed the existing constructions of the reverse cementing valve, a range of drawbacks has been discovered. To speed up the running of casings and the quality improvement of their cementation, the construction of the reverse cementing valve has been improved, allows the filling of the casing with drill mug and conducting the monitoring of the thread connection integrity to casing cementing. The proposed reverse valve is viewed in the article as an example, which can be used for running the casing with 168 mm in diameter. The changes of pressure in some elements of the given valve have been calculated. The results of theoretical and experimental research of the diaphragm burst pressure have been introduced. The service simulation test of the diaphragm breakoff has been conducted applying the finite-element method. The value of nondimensional coefficient for static and dynamic conditions when applying diaphragms with angled flutings has been specified.