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)

(2.31)S_ВН1=2·3.14·0.04·0.0256=0.0064 м²

(2.32)S_Н1=2·3.14·0.06·0.00316=0.0096 м²

(2.33)S_ВН2=2·3.14·0.04·Н₁ м²

(2.34)S_ВН2=2·3.14·0.066·Н₁ м²
Для того чтобы найти Н₁ – высота элемента в сжатом состоянии, необходимо значения полученные в формулах 2.7 – 2.12 подставить в формулу 2.6.

2·0.006283+0.0064+0.0096=2·0.008658+0.2512Н₁+0.41448Н₁ ,

0.665·Н₁ =0.01137,

Н₁=0.0171 м.

Рассчитаем наименьшую допустимую высоту уплотнительного элемента.
, (2.35) .
Наибольшая высота уплотнительного элемента:
, (2.36)
где f – коэффициент трения, f=0.08

---

м

Оптимальная длина хода поршня:
, (2.37)
где h=0.0316 – высота свободного, не нагруженного уплотняющего элемента;

k=R_c/R_п=1.13



Проверим влияние плашечного захвата на прочность обсадной колонны при ограниченном контакте плашек по периметру обсадной колонны.

Предельная осевая нагрузка на плашечный захват, при котором обсадная колонна не нарушается, равна:

, (2.38)
где σ_B = 1250×10⁶ Па – предел прочности материала труб;

n = 5 – число плашек;

ά = 22⁰ – угол конуса плашки;

l_ПЛ = 0.12 м – высота плашек;

h – толщина стенки трубы обсадной колонны;

d – внутренний диаметр трубы обсадной колонны.



Q_ПРЕД ≤ 225 кН
, (2.39)
Предельно допустимая нагрузка на плашки в сравнении с усилием надежной пакеровки (формула 2.3) имеет коэффициент запаса 2.25, что допустимо (не менее 2).

Расчет пакера на прохождение в искривленных стволах скважины.
, (2.40)
где R – радиус изгиба ствола скважины;

L_ПАК = 1.8 м – длина пакера;

∆S = 0.006 м – зазор (диаметральный) между пакером и обсадной колонной.



Пакер может проходить через изогнутую колонну 146×7 с кривизной до 0.7⁰ на метр

Расчет на прочность тонких мест в деталях пакера.
, (2.41)
где σ – толщина стенки детали;

R – допускаемое напряжение;

D – наружный диаметр стенки детали.

1) Переводник уплотнительный.

Сталь 45ХН, закалка в масле при температуре 815°С, отпуск при температуре 500°С

σ = 0.00625 м

R = 980·10⁶ Па

D = 0.1145 м

---

2) Ствол.

Сталь 45Х, закалка, отпуск КП 540.

σ = 0.0065 м

R = 540·10⁶ Па

D = 0.064 м



3) Труба обсадной колонны.

Группа прочности Р.

σ = 0.007 м

R = 1250·10⁶ Па

D = 0.146 м



Полученные значения выше рабочего давления, следовательно, прочность тонких мест достаточна.

На основе проведенных расчетов можно сделать вывод, что пакер работоспособен при рабочем давлении 100 МПа, при этом обсадная колонна не разрушается.

3. Монтаж и эксплуатация пакера
3.1 Спуск в скважину
Перед пуском в скважину проверить взаимодействие звена фиксатора со стволом – его выход из зацепления и обратно, а также положения плашек при «заякоривании» и в «транспортном» положении.

В ходе спуска переводник уплотнительный фиксируется в нижнем (открытом) положении, что обеспечивает свободный проход жидкости через пакер и вокруг него.

Следует избегать высоких скоростей спуска (более 1,5 м/с) в целях защиты пакера и обсадной колонны. Во избежание преждевременной посадки пакера – нельзя допускать вращения рабочей колонны.
3.2 Пакерование
При достижении необходимой глубины установки рабочую колонну следует приподнять, затем повернуть ее по часовой стрелке на 2/3 оборота у пакера. После этого трубы опускают для приложения максимального усилия к пакеру (до 98 кН). При этом втулка конусная перемещается вместе с массой труб вниз под плашки и расклинивает зубья плашек между стенками обсадной трубы и втулкой конусной, надежно фиксируя пакер. В случае недостаточной массы труб или повышенного давления под пакером следует поддерживать давление в кольцевом пространстве над пакером. Также за счет этого давления можно уменьшить трение между трубами и обсадной колонной.

При подаче рабочего давления в подпакерную 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 подъема вверх.
3.3 Освобождение пакера
При подъеме рабочей колонны вверх происходит открытие разгружателя – поясок переводника уплотнительного отстает от уплотнительного кольца – пакер освобождается. Приложение усилия и подъем осуществлять медленно. В случае затруднительного освобождения пакера рекомендуется создать давление над пакером – оно утопит врезавшиеся шлипсы в корпус.

---

3.4 Характерные неисправности методы их устранения
В случае преждевременной посадки пакера при спуске – медленно поднять рабочую колонну и повернуть трубу против часовой стрелки на 2/3 оборота у пакера.
3.5 Техническое обслуживание
После извлечения из скважины пакер должен быть подвергнут промазке техническими моющими средствами, внешнему осмотру и полной разборке. При этом необходимо провести полную ревизию всех деталей, а также проверить состояние резьбовых соединений и посадочных мест.

При каждой разборке – сборке пакера для последующего использования – полностью заменяется манжетно-уплотнительный комплект для пакерования, а также все вышедшие из строя детали.

При разборке-сборке пакера особое внимание обращать на состояние зубьев шлипсов и плашек. Применение указанных деталей с поломанными или со стертыми кромками зубьев не допускается.

Резьбовое соединение ствола и переводников и их концов предохранить при свинчивании смазкой для резьбовых соединений Р – 2 ТУ38 101322-76 или Р – 416 ТУ 38101708-78.

---

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