Устройство якоря

Деформация уплотнительных элементов

Под действием веса колонны труб резиновый уплотнительный элемент 6 сжимается между неподвижным ограничителем 5 и подвижным конусом 7. Происходит деформация резинового элемента пакера и уплотнение кольце­вого пространства между обсадной колонной и подъемными трубами.

Извлечение пакера из скважины осуществляется подъемом колонны труб после срыва пакера с места.

1.2 Конструкция якоря ЯПГ -168 - 50

Якорь предназначен для восприятия осевого усилия, возникающего при нагнетании в скважину жидкости под давлением при производстве гидравли­ческого разрыва нефтяного пласта и других работах. Якорь дублирует работу платкового (шлипсевого) захвата и повышает надежность осевого закрепле­ния пакера.

Якорь ЯПГ - 168 - 50 - платковый гидравлический, спускается в об­садную колонну с условным диаметром 168 мм, рассчитан на перепад давле­ний 50 МПа.

Якорь состоит (рисунок 1.2) из корпуса 1, в сквозных отверстиях кото­рого помещены поршни 2, уплотненные в корпусе резиновыми кольцами 3 и имеющие рифленую наружную поверхность (головку) с острыми насечками

4.Поршни от выпадения удерживаются утопленными планками (шпонками)

5, которые в свою очередь прихватываются винтами 6 к корпусу. От выпаде­ния во внутрь поршни удерживаются буртом корпуса, на которого упираются увеличенные по диаметру рифленые головки.

Принцип работы якоря Якорь платковый гидравлического типа применяется только в сборе с паке- ром. После спуска оборудования на необ­ходимую глубину для сжатия уплотните­лей пакера и упора их в стенку, как из­вестно, подается под давлением жидкость. Давление жидкости через поршни, разме­щенные в корпусе, одновременно переда­ется и на плашки. Плашки, перемещаясь до соприкосновения с внутренней стенкой обсадной колонны, при дальнейшем уве­личении давления своими насечками вре­заются в обсадную колонну и удерживают всю систему от перемещения в осевом на­правлении.

Разборка якоря начинается с отсо­единения от корпуса присоединительных патрубков, после чего снимаются утоп­ленные планки, предварительно отвернув винты, удерживающие плашки. Затем вы­нимаются плашки. Сборка якоря производится в обратном порядке

Рисунок 1.2 - Якорь гидравлический ЯПГ-168-50

1.3 Расчетная часть лабораторной работы

Пример представления исходных данных для расчетов и результаты расчетов приведены в таблицах 1.1 и 1.2.

1 Рассчитать нагрузку, необходимую для предотвращения срыва пакера от действия перепада давления жидкости.

где S — площадь поперечного (диаметрального) сечения уплотнительного элемента в деформированном состоянии; G = 5,1- 1 МПа — модуль сдвига резины; R_n и R_c — наружный радиус резины до деформации и после нее (по­следний равен внутреннему радиусу обсадной колонны); г_ш—внутренний ра­диус резины; Dр — перепад давления у пакера. Таблица 1.1- Исходные и расчетные данные для расчета Q

Параметры	Значение
F - Площадь поперечного сечения уплотнительного эле­мента в деформированном состоянии, мм^2	7598,7
Rc - наружный радиус резины после деформации, мм
R„ - наружный радиус резины до деформации, мм
гш - внутренний радиус резины, мм	42,5
Ар - перепад давления у пакера, МПа	2,0
Q - осевая сила, кН	1,610'
l - длина нижней части колонны НКТ, участвующая в де­формации уплотнительных элементов пакера	рассчитать

(1.1)

где Qi - нагрузка от сжатой части колонны НКТ длиной l₁, D_BH - внутренний диаметр обсадной колонны; Ар - перепад давления жидкости на концах уплотнительного элемента; к - коэффициент устойчивости пакеровки; а - угол конусности конуса пакера; р - угол трения; f - коэффициент сцепления шлипсов с обсадной колонной.

3 Рассчитать нагрузку, достаточную для деформации уплотнительных элементов пакера и обеспечения герметизации кольцевого пространства.

(1.2)

Таблица 1.2 - Исходные и расчетные данные для расчета Q₁

Параметры	Значение
DBH- внутренний диаметр обсадной колонны, м^2	7598,7
Dр - перепад давления у пакера, МПа	10,0
k - коэффициент устойчивости пакеровки	1,1
α- угол конусности конуса пакера, градус
β - угол трения, градус
f - коэффициент сцепления шлипсов с обсадной колонной	0,82
Q1 - осевая сила, кН	рассчитать
l - длина нижней части колонны НКТ, участвующая в де­формации уплотнительных элементов пакера	рассчитать

3 Рассчитать силу сцепления плашек якоря с обсадной колонной F

(1.3)

где Dp - перепад давления жидкости на плашки якоря; S - площадь контакта одной плашки с обсадной колонной; f_c - коэффициент сцепления плашек с обсадной колонной; п - количество плашек.

4 Рассчитать силу сцепления шлипсов захватного устройства пакера с обсадной колонной F

(1.4)

где Q - нагрузка, рассчитанная по формуле (1.2); S- площадь контакта одной плашки с обсадной колонной; f_c - коэффициент сцепления плашек с обсадной колонной; и - количество шлипсов в пакере.

5 Рассчитать силу трения резиновых уплотнительных элементов после деформации

(1.5)

где Dр - перепад давления жидкости на концах уплотнительных элементов; S - площадь контакта одного уплотнительного элемента с обсадной колон­ной;^ - коэффициент трения резиновых уплотнительных элементов с обсад­ной колонной; п - количество резиновых уплотнительных элементов

6 Проверить условие устойчивости пакера

(1.6)

«

Контрольные вопросы

1 Назначение, область применения, классификация пакеров.

2 Устройство и принцип действия пакера типа ПВМ.

3 Конструкция якоря типа ЯПГ.

4 Что нужно делать, чтобы пакеры работали эффективно и надежно в ус­ловиях эксплуатации?

5 Когда применение пакеров необходимо?

6 Перечислите функциональное назначение пакеров и его элементов.

7 Какие два вида признаков положены в основу классификации?

8 По каким признакам отличаются механические, гидравлические и на­дувные пакеры?

9 Какие материалы применяются в качестве уплотнительных элементов?

10 По способу создания нагрузки на уплотнительные элементы на какие типы различаются пакеры?

11 Для чего служит опорное кольцо?

12 Назначение и конструкция ствола пакера.

13 Какой смысловой признак содержится в шифрах пакеров?

Лабораторная работа № 2

2 ПАКЕР ПРОМЕЖУТОЧНЫЙ ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ С ОТСЕКАТЕЛЕМ (IIII ГО)

Цель работы - овладение методикой подбора пакера для конкретных условий работы на основе его функциональных возможностей. Задача лабораторной работы заключается:

• в изучении конструкции и проведения действий спуска в скважину, по­садки, деформирования уплотнительных элементов и съема с места по­садки;

• в измерениях конструктивных размеров элементов пакера (откидного клапана, разгрузочного клапана, перепускного отверстия, пружины), обеспечивающих нормальное функционирование клапана - отсекателя. Расчетная часть содержит:

• проверку соответствия размеров уплотнительного элемента к внутрен­нему диаметру эксплуатационной колонны;

• определение нагрузки, необходимой для открытия разгрузочного и та­рельчатого откидного клапанов.

По программе на эту работу отводится 2 часа.

2.1 Описание установки пакера ППГО

Шифр ППГО означает: пакер промежуточный с гидравлическим спо­собом деформирования уплотнительных элементов с отекателем. Техниче­ские характеристики пакеров ШИ 0-122-16 и ППГО-140-16 идентичны (таб­лица 2.1).

Таблица 2.1 - Техническая характеристика пакера типа ППГО

Типоразмер	ППГО-122-16	ППГО-140-16
Внутренний диаметр колонны обсадных труб, мм	126-133	144,3-155,3
Максимальный перепад давления жид­кости, воспринимаемый пакером, МПа
Температура пластовой жидкости, С, не более
Диаметр внутреннего проходного кана­ла, мм
Габариты, мм Диаметр (по металлу) Длина	122 787	140 838
Масса, кг

Спуск и подъем пакера в скважине производится с помощью специаль­ного толкателя и ловителя, технические характеристики которых приведены в таблицах 2.2 и 2.3.

Таблица 2.2 - Техническая характеристика толкателя пакера

Характеристика	ППГО-122-16	ППГО-НО-16
Типоразмер	ТП 146	ТП 168
Длина, мм
Масса, кг	25,8	27,2
Присоединительные размеры	Резьба НКТ 060мм	Резьба НКТ 060мм

Таблица 2.3- Техническая характеристика ловителя пакеров

Типоразмер	ЛП62
Максимальная расчетная нагрузка на ловитель при срыве пакера, кН
Длина, мм
Масса, кг	14,1
Присоединительные размеры	Резьба НКТ 073мм

2.2 Устройство пакера 11111'О

Пакер (рисунок 2.1, а) состоит их двух частей - верхней и нижней, имеющих возможность осевого перемещения относительно друг друга. Верхняя часть пакера состоит из седла 1, резиновой манжеты 2, штока 3, ко­нуса 4 и патрубка 5. Нижняя часть состоит из стакана 7, штока 8, резиновых манжет 9 и 10 и узла клапана, включающего резиновое кольцо 12, откидной тарельчатый клапан 13 с разгрузочным клапаном 11 и пружины 14, собран­ные в корпусе клапана 15. Разгрузочный и откидной клапаны в свободном состоянии под действием пружины находятся в постоянно закрытом положе­нии. Герметичность тарельчатого клапана обеспечивается посредством рези­нового кольца 12. В Т-образных пазах стакана 7 размещены хвостовики шлипсов 6, которые при перемещении верхней и нижней частей пакера отно­сительно друг друга скользят по скошенным поверхностям конуса 4, благо­даря чему изменяется диаметральный размер пакера по шлипсам. При "рас­тяжении" пакера шлипсы собираются к центру, вписываясь в диаметральный габарит пакера, при "сжатии" его диаметральный размер увеличивается. Гер­метизация кольцевого зазора между стволом пакера и обсадной колонны осуществляется самоуплотняющимися манжетами при действии давления жидкости.

Особенностью конструкции пакера ППГО является наличие глад­ких цилиндрических буртов, выступающих над зубчатыми поверхно­стями шлипсов, которые позволяют закрепить пакер в муфте, что ис­ключает деформацию обсадных труб и уменьшает усилие срыва.

2.3 Устройство толкателя

Толкатель предназначен для спуска и установки пакера в скважине. Толкатель (рисунок 2.1, б) состоит из штока 5, по которому свободно пере­мещается фонарь 3, и перфорированного хвостовика 6, ввернутого в нижнюю часть штока.

Сверху шток оканчивается муфтой 1, служащей для соединения толка­теля с колонной насосно-компрессорных труб. В фонаре собраны подпружи­ненные тормозные башмаки 2, обеспечивающие соответствующую силу тре­ния толкателя в обсадной колонне. Сила трения превышает суммарный вес фонаря и трех плашек 4, подвижно установленных на своих осях и удержи­ваемых в горизонтальном положении пружинами.

2.4 Устройство ловителя

Ловитель предназначен для захвата пакера при его подъеме из скважи­ны. Ловитель (рисунок 2.1, в) состоит из стержня 3, перфорированного хво­стовика 4, соединительной муфты 1 и зубчатого шлипса 2. Шлипс свободно перемещается по наклонному пазу стержня и под действием силы собствен­ного веса находится в нижней части паза. В этом положении поперечный размер ловителя больше, чем диаметр внутреннего проходного канала паке­ра. При перемещен™ шлипса в верхнюю часть паза размер по шлипсу умень­шается и ловитель свободно входит в пакер.

2.5 Правила эксплуатации пакера ППГО

Для спуска пакера ППГО необходимо подготовить скважину промыв­кой ствола и шаблонированием на глубину спуска пакера. В качестве шабло­на, как правило, применяются резиновые манжеты пакера. Допускается про­изводить шаблонирование скважины металлическим шаблоном 0123.05 мм длиной 1 м для обсадной колонны 146 мм и шаблоном 014О_о_>5 мм той же длины для обсадной колонны 168 мм.

^ Спуск и подъем шаблона должны производиться без прихватов на всей глубине шаблонирования. Резиновые манжеты шаблона после подъема должны быть в исправном состоянии. После подъема металлический шаблон не должен иметь рисок и задиров, свидетельствующих о неисправности об­садной колонны. Спуск пакера производится только в заглушённую скважи­ну; не допускается производить спуск пакера в скважину с признаками фон­танирования.

Пакер проверяется на целостность резиновых манжет, резинового коль­ца и пружин, а также на подвижность верхней части пакера относительно нижней и правильность прилегания клапана к седлу.

а б в

а) Пакер: 1- седло; 2 - резиновая манжета; 3 - шток; 4 - конус;

5 - патрубок; 6 - шлипсы; 7 - стакан; 8 - шток нижний; 9, 10 - резино­вые манжеты; 11 - разгрузочный клапан; 12 - резиновое кольцо; 13 - откид­ной тарельчатый клапан; 14 - пружина; 15 - корпус клапана;

б) толкатель: 1 - муфта соединительная; 2 - подпружиненные тормоз­ные башмаки; 3 - фонарь; 4 - плашки; 5 - шток; 6 - перфорированный хво­стовик; А - коническая поверхность плашки 4; Б - гладкий цилиндрический бурт штока 5; В - торец штока 5;

в) ловитель: 1 - соединительная муфта; 2 - зубчатый шлипс;

3 - стержень; 4 - перфорированный хвостовик

Рисунок 2.1 - Общий вид пакера, толкателя и ловителя

2.6 Спуск пакера в скважину и установка его в обсадной колонне

Перед спуском пакер вручную устанавливается в устье скважины. За­тем во внутренний канал пакера заводится толкатель, соединенный с первой трубой, подвешенной на крюке талевой системы. Верхняя часть пакера удер­живается в поднятом положении, пока верхняя манжета не войдет в обсад­ную колонну. При этом фонарь толкателя должен находиться выше бурта штока во избежание его преждевременного запирания под буртом.

Спуск пакера происходит под действием веса труб, который передается через толкатель. В течение всего спуска не допускается производить подъем колонны труб, так как это приведет к преждевременному переключению фо­наря толкателя и сделает невозможным дальнейший спуск пакера. Подъем труб для освобождения элеватора производится не более чем на 10-20 см.

Скорость спуска пакера в скважину не должна превышать 0,1 м/с.

В процессе спуска пакера в скважину толкатель опирается торцом "В" штока 5 (см. рисунок 2.1, б) в конический бурт на верхнем конце штока 8 (см. рисунок 2.1, а). Благодаря трению резиновой манжеты 2 о стенку обсадной колонны верхняя часть пакера отстает от нижней части и пакер спускается в скважину в "растянутом" состоянии, при котором шлипсы находятся в ниж­ней части скошенных поверхностей конуса 4 и не выходят за диаметральный габарит пакера. При этом перфорированный хвостовик толкателя удерживает откидной клапан в открытом положении, что обеспечивает течение жидкости из-под пакера вверх.

На необходимой глубине дальнейший спуск пакера в скважину пре­кращается, и толкатель приподнимается на одну трубу. При подъеме толка­теля сила трения тормозных башмаков 2 удерживает фонарь 3 от перемеще­ния относительно обсадной колонны и бурт "Б" штока 5, приподнимая плаш­ки 4, проходит через них и начинает поднимать фонарь, преодолевая силу трения башмаков. Плашки, освободившись от бурта, под действием пружин возвращаются в исходное горизонтальное положение. При повторном дви­жении вниз толкатель опирается на седло пакера поверхностью "А" и пере­мещает его вниз. Резиновые манжеты 9 и 10 оказывают тормозящее действие на нижнюю часть пакера, и шлипсы раздвигаются входящими в них косыми пазами конуса и вступают в контакт с обсадной трубой. Поскольку высту­пающие бурты шлипсов гладкие, под действием массы труб пакер скользит по обсадной колонне скважины до первого резьбового соединения, где коль­цевые бурты шлипсов проваливаются в пространство муфты, а зубчатые по­верхности шлипсов входят в контакт с обсадными трубами. Посадка пакера в муфте обсадных труб определяется по прекращению движения насосно- компрессорных труб в скважину.

Надежность закрепления пакера в скважине проверяется по индикатору веса при закачке жидкости в насосно-компрессорные трубы. Для этого после установки пакера трубы приподнимаются так, чтобы индикатор веса показы­вал нагрузку на пакер в 1-2 т, и производится закачка жидкости в трубу при давлении 5-8 МПа в течение 15-20 минут. Неизменность показаний индика­тора веса характеризует надежность закрепления пакера. Снижение нагрузки с индикатора веса свидетельствует о движении пакера вверх. В этом случае, продолжая закачку жидкости, следует производить медленный подъем труб до тех пор, пока пакер не закрепится в вышележащей муфте обсадных труб. После этого толкатель поднимается из скважины и в нее спускается соответ­ствующее насосное оборудование - погружной электроприводной центро­бежный насос или штанговый скважинный насос. Насос оборудуется специ­альным трубчатым фильтром, который при посадке насоса проходит через внутренний канал пакера и открывает откидной клапан, а при подъеме насоса фильтр выходит из пакера и откидной клапан под действием пружин и избы­точного давления снизу закрывается, изолируя пласт от ствола скважины.

2.7 Снятие пакера с места установки и подъем его из скважины

Подъем пакера производится специальным ловителем, спускаемым в скважину на насосно-компрессорных трубах 073 мм. Применение другого инструмента для подъема пакера запрещается. Перед спуском ловителя в скважину необходимо проверить подвижность шлипса в пазу стержня лови­теля. Шлипс должен под собственным весом легко, без заеданий опускаться в крайнее нижнее положение. Достигнув пакера, ловитель своим хвостовиком начинает входить во внутренний канал пакера. Длина входа ограничивается упором муфты ловителя в седло пакера. При подъеме ловителя зубчатый шлипс захватывает верхнюю часть пакера и начинает поднимать ее вверх. При этом первое время нижняя часть пакера остается неподвижной, пакер растягивается, а его шлипсы сходятся к центру, выходя своими буртами из- под стыка обсадных труб. При этом положении пакер беспрепятственно из­влекается из скважины.

2.8 Технологические расчеты пакера ППГО

Исходные измеряемые параметры приведены в таблице 2.4.

Таблица 2.4 - Исходные параметры для расчетов

DM	Dр	dот	dтар	k

D_M - наибольший диаметральный размер по металлу; D_p - наибольший диаметральный размер по резиновым манжетам в свободном состоянии; dor диаметр отверстия разгрузочного отверстия; d_OT - диаметр отверстая тарель­чатого клапана; к - конусность зубчатого шлипса ловителя.

Расчетные формулы

1 Условие нормального прохождения пакера в скважину

(2.1)

2 Резиновые манжеты не должны выступать за пределы металлической

части

(2.2)

3 Нагрузка, необходимая для открытия разгрузочного клапана

. (2.3)

4 Нагрузка, необходимая для открытия откидного клапана

(2.4)

Контрольные вопросы

1 Устройство

• гидравлического пакера типа 111110;

• толкателя;

• ловителя.

2 Какие материалы применяются в качестве уплотнительных элементов пакера ППГО?

3 Назначение и конструкция каждого из стволов пакера.

4 В чем главная особенность конструкции пакера типа ППГО?

5 Какие прочностные и технологические расчеты пакера ППГО нужно произвести?

6 Какое значение имеют диаметры отверстий разгрузочного и тарель­чатого клапанов?

7 В каких расчетах используется конусность зубчатого шлипса ловите­ля?

Дата добавления: 2015-06-25