2. Расчетная часть
2.1 Расчёт на фиксацию пакера в скважине
Чтобы пакер не тронулся с места посадки должно соблюдаться следующее условие:
, (2.1)
где - сила, действующая на пакер, которая возникает под действием забойного давления, кН;

N – сила трения при подъёме продукции скважины по колонне НКТ, кН;

G – вес колонны НКТ в продукции скважины, кН;

- вес столба жидкости в затрубном пространстве, кН;

Т – сила трения, возникающая между пакером и обсадной колонной при посадке пакера в скважине, кН.
, (2.2)
где D – внутренний диаметр колонны;

- внутренний диаметр лифтовой колонны;

- давление в скважине на глубине установки пакера.

Подставляем значения параметров в формулу и получаем:



Силу трения при движении жидкости по трубам можно рассчитать по формуле:
, (2.3)
где - гидравлические потери давления при движении продукции скважины по колонне НКТ;

F – площадь поперечного сечения подъёмных труб, можно определить по формуле:
, (2.4) ,

, (2.5)
где λ – коэффициент сопротивления движения жидкости в подъёмных трубах;

Н – глубина установки пакера (Н=1500м);

ρ

---

– плотность продукции, ;

v – скорость движения жидкости в подъёмных трубах, м/с.

Коэффициент сопротивления движения жидкости в подъёмных трубах находим через число Рейнольдса.
, (2.6)
где ν – кинематическая вязкость продукции, ;

,

, (2.7)

2423>2320,

Отсюда, по формуле Блазиуса определяем коэффициент сопротивления движения жидкости в подъёмных трубах.
, (2.8) ,
,

кН.

Вес столба жидкости в затрубном пространстве определяем по формуле:
, (2.9)
где g – ускорение свободного падения ( );

Подставляя численные значения находим вес столба жидкости в затрубном пространстве:

кН;

Вес колонны подъёмных труб:
, (2.10)
где - плотность материала трубы (стали), ;

F – поперечное сечение стенки тела трубы, м².
, (2.11)
При определении веса колонны подъёмных труб, необходимо иметь ввиду

---

, что из-за касания труб о стенки скважины, вес их на пакер полностью не передаётся. Только 30 – 70%. Для расчёта примем 50%.



Определяем значение силы трения, возникающей между пакером и обсадной трубой.
, (2.12)
где Q – сила, прижимающий уплотнительный элемент и шлипсы к колонне обсадных труб, кН;

f – коэффициент трения (f=0,95).

Значение Q находим из формулы:
, (2.13)
где р_к – контактное давление необходимое для посадки пакера, МПа;

μ_Р – коэффициент Пуассона (μ_Р=0,475);

F_М – площадь поперечного сечения уплотнительного элемента, м²;

G – модуль сдвига материала уплотнения, МПа;

R_П – наружный радиус уплотнения до деформации, м;

R_С – наружный радиус уплотнения после деформации, м;

R_Ш – внутренний радиус уплотнения, м.
, (2.14)
где D_C – диаметр уплотнения после деформации, м;

D_Ш – внутренний диаметр, м.



Т. к. уплотнение состоит из набора стальных и резиновых колец, модуль сдвига определим по формуле:
, (2.15)
где G_P – модуль сдвига резины;

G_C – модуль сдвига стали.

Па,

Подставим значения параметров в формулу 3.11 и, проведя расчёт, определим значение Q.

Q=409.705 кН.

Отсюда:

кН,

Определив значения всех сил, подставив их в формулу 3.1, получаем:

,

375.59<389.22.

Из проведенных расчётов можно сделать вывод, что пакер надёжно фиксируется в скважине.
2.2 Прочностной расчёт
Прочностной расчёт заключается в проверке прочности пакера.

---

Р_расч = Р_пак + Р_газ, (2.16)
где Р_пак – усилие со стороны пакера, кН;

Р_газ – вес, создаваемый добываемой продукцией, кН.
Р_пак = q·L, (2.17)
где q – вес 1-го погонного метра пакера, кг/м;

L – глубина установки пакера, м.
Р_газ = γ·F_вн·L, (2.18)
где γ – удельный вес продукции скважины;

F_вн – площадь проходного отверстия, м².
, (2.19)
где d – диаметр проходного отверстия пакера, м.

Подставляя значения известных параметров, получаем:



Р_пак = 1.36·1500 = 2040кН;

Р_газ = 8330·0.0021·1500 = 26240Н = 26.24кН;

Р_расч = 2040+ 26.24 = 2066кН.

Определяем разрушающую нагрузку. Материал резьбой части примем сталь группы прочности Е.
Р_раз = σ_тек·f_мет, (2.20)
где Р_раз – нагрузка, приводящая к разрушению материала, кН;

σ_тек – предел текучести материала, (σ_тек = 550МПа).
, (2.21)
.

Р_раз = 550·10⁶·0.012 = 6381кН.

Для надёжности работы должно соблюдаться условие:
, (2.22)
где n – коэффициент запаса прочности.

.

Условие прочности резьбового соединения соблюдается.
2.3 Расчёт параметров пакера
При расчете пакера определяют необходимое для герметизации контактное давление, осевую силу для обеспечения этого давления, высоту уплотняющего элемента, длину хода поршня пакера, параметры корда уплотняющего элемента и проверяют на прочность обсадную колонну, ствол пакера и иные детали, имеющие малую толщину стенки.

Расчет ведем для обсадной колонны 146×7.

Контактное давление между обсадной колонной и уплотняющим элементом равно: [3]
р_к= р_кс+р_кп , (2.23)
где р_кс , р_кп – контактные давления за счет предварительного сжатия уплотнения и действия перепада давления соответственно.

Для определения контактного давления р_к и наименьшей осевой силы Q, обеспечивающей герметичное разобщение ствола скважины, используют следующие уравнения:

---

(2.24)

при р_к=∆р, (2.25)
где F – площадь поперечного сечения деформированного уплотнителя;

G_р= 5 МПа – модуль сдвига резины;

G_с=77 МПа – модуль сдвига стали;

R_п= 0.06 м – наружный радиус резины до деформации;

R_с= 0.066 м – наружный радиус резины после деформации;

R_ш= 0.04 м – внутренний радиус резины;

∆р = 100 МПа – перепад давления у пакера;

μ_р = 0.475 – коэффициент Пуассона для резины.
(2.26)

(2.27)
.



Q ≥ 97.77 кН.



Сила прижатия резины к колонне несколько выше рабочего давления пакера, а это значит, что герметизация осуществляется.

Рассчитаем высоту сжатого пакерующего элемента из условия равенства площади поверхности до и после уплотнения. Высота втулки прототипа Н=25.6 мм.
2S_T1+S_ВН1+S_Н1=2S_Т2+S_ВН2+S_Н2 , (2.28)
где S_T1 – площадь торцов до сжатия;

S_ВН1 – площадь внутренней поверхности до сжатия;

S_Н1 – площадь наружной поверхности до сжатия;

S_Т2 – площадь торцов после сжатия;

S_ВН2 – площадь внутренней поверхности после сжатия;

S_Н2 – площадь наружной поверхности после сжатия.
(2.29)

(2.30)

---

Смотрите также файлы

• 1. 12 саны ай сана алдысыз блінеді А 36 б 6 с 4 д 3 е 4.docx

• ыса мерзімді жоспар Сабаты таырыбы азастанны сырты саясаты Педагогті атыжні.docx

• Терешкова атындаы 31 жалпы орта білім беретін мектебі 810 сыныптар Дгелек стел таырыбы.docx

• Статистическое моделирование эксплуатации сложных систем.pptx

• Смк пп 39101 Курсты жмыс Издание басылым 12017 Стрбет из 46.docx