1.7 Описание предлагаемой конструкции
1.7.1 Назначение пакера ГРП

Настоящий пакер предназначен для гидроразрывов пластов при капитальном ремонте и восстановлении нефтяных скважин диаметром эксплуатационной колонны 146 мм.

Он представляет собой извлекаемый подвесной пакер с гидромеханическим управлением.

Его можно использовать для цементирования скважин под давлением, кислотной обработки призабойной зоны, опрессовки обсадных труб и пробной эксплуатации.
1.7.2 Описание предлагаемой модернизации

Данная модернизация позволяет увеличить срок службы пакера, при температуре эксплуатации выше 200ºС и перепаде давления 100МПа. Данный пакер содержит уплотнительный элемент, состоящий из набора упругих разрезных металлических пластин (1) и гибких прокладок (2), причём гибкие прокладки размещены между парами наборов металлических пластин, которые установлены так, чтобы разрезы их взаимно перекрывались. После установки пакера на него действует сжимающая нагрузка. При этом конусная втулка (3) перемещается вместе с массой труб вниз под плашки и расклинивает зубья плашек между стенками обсадной трубы и втулкой конусной, надёжно фиксируют пакер. Металлические пластины и гибкая прокладка распрямляются, и в обсадной трубе создаётся прессовая посадка. В случае недостаточной массы труб или повышенного давления под пакером следует поддерживать давление в кольцевом пространстве над пакером. Также за счёт этого давления можно уменьшить трения между трубами и обсадной колонной.



Рисунок 1.11 – Пакер ГРП, с модернизированным уплотнением
При подаче рабочего давления в подпакрную зону давление жидкости по каналам в пакере поступает под поршень и переводник уплотнительный своим пояском перекрывает выход жидкости. В результате этого шлипсы своими зубьями врезаются в стенки обсадной колонны – удерживая пакер от побъёма вверх. При подъёме рабочей колонны вверх происходит открытие разгружателя – поясок переводника уплотнительного отстаёт от уплотнительного кольца – пакер освобождается, а затем металлические пластины в силу своих упругих свойств вместе с гибкими прокладками возвращаются в исходное положение. Приложение усилия и подъём осуществляется медленно. В случае затруднительного освобождения пакером рекомендуется создать давление над пакером – оно утопит врезавшиеся шлипсы в корпус.

---

1.7.3 Технические характеристики пакера ГРП после модернизации

Внутренний диаметр эксплуатационной колонны, в которой

устанавливается пакер, мм не более………………………………….132

Рабочее давление, МПа……………………………………………......100

Максимальная осевая нагрузка (сверху) на пакер, кН не более……...120

Рабочая среда – нефть, газоконденсат, пластовая вода, специальные растворы.

Температура рабочей среды, ⁰С выше………………………………..+200

Температура окружающей среды, ⁰С ………………………..от -40 до +45

Наибольший наружный диаметр корпусных деталей пакера, мм….....120

Длина пакера, мм не более…………………………………………..1649

Масса пакера, кг………………………………………………………..71.

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.

---

Смотрите также файлы

• Информация о предприятии, краткие сведения о районе нефтяных и газовых месторождений.docx

• Описанная и вписанная окружности около треугольника.docx

• Биография Д. И. Фонвизина Денис Иванович Фонвизин родился 3 (14) апреля 1745 года в Москве в дворянской семье, происходившей из ливонского рыцарского рода..docx

• Требования к оборудованию, инвентарю, посуде и таре.docx

• Название, эмблема и кричалка.docx